PENELITIAN DISERTASI DOKTOR - simdos.unud.ac.id

i

LAPORAN AKHIR

PENELITIAN DISERTASI DOKTOR

PENGARUH EQUIVALANCE RASIO TERHADAP PERILAKU PEMBAKARAN PREMIXED MINYAK KELAPA

Tahun ke 1 dari rencana 1 tahun

Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT

NIDN. 0028026204

UNIVERSITAS UDAYANA

DESEMBER 2013

iii

RINGKASAN

Perilaku pembakaran premixed minyak kelapa telah diteliti secara eksperimen pada peforated burner. Pengujian dilakukan pada equivalence ratio mulai sangat miskin sampai sangat kaya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa gliserol dan asam lemak jenuh menyebabkan api stabil pada perforated plate dan mencapai laminar burning velocity tertinggi, bahkan lebih tinggi dari kecepatan api ethanol pada campuran sangat miskin. Pada campuran yang semakin kaya disamping perforated flame juga terbentuk secondary Bunsen flame with open tip. Kecepatan perforated flame semakin menurun dan hilang pada equivalence ratio 0.56 sedangkan kecepatan secondary Bunsen flame semakin meningkat mengikuti kecenderungan api hexadecane. Api mulai extinct pada equivalence ratio mendekati 1 ke atas. Intervensi udara luar mengakibatkan tebentuk api triple dan api cellular. Panas radiasi api difusi yang membakar gliserol membentuk island cellular flame dan panas radiasi yang membakar saturated fatty acid membentuk petal cellular flame. Tanpa glycerol kecepatan api laminer lebih tinggi dan lebih stabil dalam bentuk perforated flame pada equivalence ratio yang lebih tinggi. Kecepatan tertinggi masih terjadi pada campuran miskin dengan kecepatan semakin menurun dengan meningkatnya equivalence ratio. Api bahkan masih stabil dalam bentuk perforated flame sampai campuran sangat kaya. Intervensi udara luar mengakibatkan kecepatan api menurun dan kesetabilan api bergeser ke campuran lebih kaya. Keyword: api cellular, gliserol, perforated flame, secondary Bunsen flame with open tip, api triple.

iv

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang telah

memberikan izin dan kekuatan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan

penelitian ini dengan judul ’’Pengaruh Equivalence ratio Terhadap Perilaku Pembakaran

Premixed Minyak Kelapa” tepat pada waktunya.

Penelitian Disertasi Doktor ini ditujukan kepada mahasiswa program Doktor untuk

mempercepat penyelesaian disertasinya. Dan juga penulis mengucapkan terimakasih kepada:

1. Direktur Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat, Direktorat Jenderal Pendidikan

Tinggi Kementerian Pendidikan Dan Kebudayaan.

2. Rektor Universitas Udayana beserta jajarannya.

3. Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana beserta jajarannya.

4. Ketua Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyaraka Universitas Udayana.

5. Ketua Bidang Penelitian LPPM Universitas Udayana.

6. Kepala Bagian Keuangan Universitas Udayana.

7. Promotor dan Co Promotor di Universitas Brawijaya Malang, yang banyak membantu

dalam penyelesaian laporan ini.

8. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu yang turut membantu

kelancaran dalam penyusunan laporan ini.

Penulis menyadari bahwa laporan ini masih banyak kekurangan dan kelemahannya, baik

dalam isi maupun sistematikanya. Hal ini disebabkan oleh keterbatasan pengetahuan dan

wawasan penulis. Oleh sebab itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran untuk

menyempurnakan laporan ini.

Akhirnya, penulis mengharapkan semoga laporan ini dapat memberikan manfaat,

khususnya bagi penulis dan umumnya bagi pembaca.

Denpasar, 1 Desember 2013

Penyusun

v

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL ....................................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................................. ii

RINGKASAN ...................................................................................................................... iii

PRAKATA ......................................................................................................................... iv

DAFTAR ISI ....................................................................................................................... v

DAFTAR TABEL ............................................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................... viii

DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................................... x

BAB 1. PENDAHULUAN .................................................................................................. 1

1.1. Latar Belakang .............................................................................................................. 1

1,2, Perumusan Masalah ..................................................................................................... 3

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................... 4

2.1. Penelitian-Penelitian Sebelumnya ................................................................................ 4

2.1.1. Kecepatan Pembakaran.............................................................................................. 4

2.1.2. Api Bunsen dengan Ujung Terbuka (Bunsen Flame with Open Tip) ........................ 5

2.1.3. Api Selular (Cellular Flame) ..................................................................................... 7

2.1.4. Api Triple (triple flame) ............................................................................................ 8

2.2. Hidrolisis ...................................................................................................................... 10

2.3. Api Bunsen ................................................................................................................... 12

2.4. Ketidakstabilan Difusivitas Panas ................................................................................ 13

2.5. Ketidakstabilan Hidrodinamik ...................................................................................... 15

2.6. Kerangka Pemikiran Teoritis ....................................................................................... 18

2.7. Hipotesa ....................................................................................................................... 21

BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN .......................................................... 22

3.1. Tujuan Penelitian ......................................................................................................... 22

3.2. Manfaat Penelitian ....................................................................................................... 22

BAB 4. METODE PENELITIAN ....................................................................................... 24

4.1. Peralatan Penelitian ...................................................................................................... 24

vi

4.2. Bahan ............................................................................................................................ 24

4.3. Set Up Alat ................................................................................................................... 24

BAB 5. HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................................. 27

5.1. Komposisi Minyak Kelapa ........................................................................................... 27

5.1.1. Rumus Molekul Asam Lemak Minyak Kelapa ......................................................... 27

5.1.2. Stoichiometric Air Fuel Ratio Minyak Kelapa .......................................................... 28

5.2. Equivalence ratio .......................................................................................................... 29

5.3. Kecepatan Reaktan ....................................................................................................... 35

5.4. Kecepatan Pembakaran Laminar ...................................................................................... 36

5.5. Perilaku Pembakaran Premixed Minyak Kelapa .......................................................... 38

5.5.1. Kecepatan api laminar .............................................................................................. 42

5.5.2. Api Bunsen Sekunder Dengan Ujung Terbuka .......................................................... 44

5.5.3. Api seluler .................................................................................................................. 45

5.5.4. Api Triple .................................................................................................................. 46

Bab 6. Penutup ..................................................................................................................... 48

6.1. kesimpulan .................................................................................................................... 48

6.2. Saran ............................................................................................................................. 50

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................... 51

LAMPIRAN ........................................................................................................................ 55

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 5.1. Komposisi minyak kelapa dari berbagai referensi ......................................... 27

Tabel 5.2. Hasil perhitungan berat molekul tiap-tiap komponen

asam lemak minyak kelapa............................................................................. 28

Tabel 5.3. Beda ketinggian di pipa venturi flowmeter udara .......................................... 30

Tabel 5.4. Beda ketinggian di pipa venturi flowmeter bahan bakar ............................... 31

Tabel 5.5. Laju aliran masa udara minyak kelapa murni dan hidrolisis,

mengikuti persamaan y=303.42x ................................................................... 33

Tabel 5.6. Laju aliran masa bahan bakar minyak kelapa murni

dan hidrolisis, mengikuti persamaan y= 279.54x ........................................... 33

Tabel 5.7. AFR act. Minyak kelapa murni dan hidrolisis ................................................ 34

Tabel 5.8. Equivalence ratio minyak kelapa murni dan hidrolisis ................................. 35

Tabel 5.9. Kecepatan reaktan minyak kelapa murni maupun hidrolisis ......................... 36

Tabel 5.10. Kecepatan pembakaran laminar api Bunsen dan perforated

pada minyak kelapa murni tanpa diisolasi ...................................................... 37


pada minyak kelapa hidrolisis tanpa diisolasi ................................................ 37


pada minyak kelapa murni dengan isolasi ...................................................... 38


pada minyak kelapa hidrolisis dengan isolasi................................................. 38

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Foto api dan cara mengukur kecepatan pembakaran laminar .................... 4

Gambar 2.2. Eksperimental kecepatan pembakaran laminar untuk gas alam. ............... 5

Gambar 2.3. Foto api hydrogen/propane/nitrogen dengan ujung terbuka ...................... 6

Gambar 2.4. Api propane/carbon dioxide-oxygen .................................................... 7

Gambar 2.5. Cellurar instabilities pada 318 K (a) Ф=0,707

(b) Ф=0,976 (c) Ф=1,336 .......................................................................... 7

Gambar 2.6. Foto langsung cellurar CH4 + O2 + CO2 denagn rasio dilution D=35%

dan pada temperature 323K. (a) φ=0,7 ; (b) φ=1,0 ; (c) φ=1,2 ................. 7

Gambar 2.7. (a) laminar triple flame, (b) diagram skematik burner triple flame .......... 9

Gambar 2.8. Entropi bamgkitan dan kontur laju kehilangan panas untuk

perambatan triple flame (100% CH4-0%H2

dan 50% CH4-50%H2) .............................................................................. 10

Gambar 2.9. Skematik Api Bunsen ................................................................................ 13

Gambar 2.10. Struktur internal api premixed kerutan .................................................... 13

Gambar 2.11. Ekspansi gas pada api planar ................................................................... 15

Gambar 2.12. (a) Penyimpangan streamlines melalui kemiringan api

(b)Visualisasi streamlines melalui kemiringan api Bunsen ..................... 16

Gambar 2.13. Penyimpangan lokal streamlines melalui api kerutan. ............................ 17

Gambar 2.14. Kurve streamlines melalui api kerutan. ................................................... 17

Gambar 2.15. Molekul trigliseride ................................................................................. 19

Gambar 2.16 Kerangka konsep penelitian ...................................................................... 20

Gambar 4.1: Peralatan eksperimen ................................................................................. 21

Gambar 5.1. Hubungan Δh vs Q2 udara ....................................................................... 31

Gambar 5.2. Hubungan Δh vs Q2 bahan bakar ............................................................... 32

Gambar 5.3. Struktur api minyak kelapa murni ............................................................. 39

Gambar 5.4. Pandangan atas: (a) api perforated dengan

sekunder Bunsen ujung terbuka, φ=0.72,

(b) api triple dengan api seluler, φ=1.61 .................................................... 40

Gambar 5.5. Gambar nyala api minyak kelapa murni yang

ix

diisolasi dari udara ambien .......................................................................... 40

Gambar 5.6: Bentuk nyala api minyak kelapa hidrolisis ................................................ 41

Gambar 5.7. Bentuk nyala api minyak kelapa hidrolisis yang

diisolasi dari udara ambien ............................................................................ 41

Gambar 5.8. Kecepatan pembakaran laminar minyak kelapa

versus equivalence ratio ................................................................................ 42

Gambar 5.9. Kecepatan pembakaran laminar minyak kelapa

versus equivalence ratio yang diisolasi dari udara ambien ............................ 43

Gambar 5.10. Api Bunsen ujung terbuka,

(a) minyak kelapa murni φ = 1.14,

(b) Minyak kelapa hidrolisis φ = 1.24 ............................................................. 45

Gambar 5.11. Bentuk selular pada (a) minyak kelapa murni

φ = 1.14, (b) minyak kelapa hidrolisis φ = 1.24 ............................................. 46

Gambar 5.12. Bentuk api triple minyak kelapa murni pada φ = 1.61 ........................... 48

x

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Instrumen Penelitian .................................................................................. 55

Lampiran 2. Penggunaan Anggaran ............................................................................... 56

Lampiran 3. Publikasi Internasional ............................................................................... 57

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang.

Kebutuhan energi berupa bahan bakar minyak (BBM) sangat penting karena hampir

semua gerak kehidupan tidak akan dapat jalan tanpa adanya BBM. Demikian juga halnya di

Indonesia kebutuhan akan BBM semakin meningkat dari tahun ke tahun, yang mana

kebutuhan bahan bakar ini berimbas pada harga yang juga terus meningkat. Tercatat terjadi

kecenderungan peningkatan harga BBM selama sepuluh tahun terakhir untuk bensin premium,

minyak solar, dan minyak tanah. Pada bensin premium, tercatat peningkatan harga dari tahun

2003 hingga 2013 yaitu: (i) 149% antara 21 Januari 2003 – 1 Oktober 2005; (ii) 11% antara 1

Oktober 2005 – 15 Desember 2008; (iii) minus 10% antara 15 Desember 2008 - 15 Januari

2009; dan (iv) 44% antara 15 Januari 2009 hingga 22 Juni 2013 (Wikipedia, 2013). Terjadinya

perubahan harga yang cenderung meningkat ini disebabkan oleh ketidakstabilan harga minyak

dunia dan sifat sumber daya minyak bumi yang terbatas dan tidak terbaharui. Keterbatan

sumber BBM dapat menyebabkan krisis bahan bakar kalau terus menerus dieksplorasi tanpa

beralih pada bahan bakar alternatif. Oleh karena itu timbul ide-ide untuk menggantikan bahan

bakar yang selama ini menggunakan bahan bakar fosil dengan bahan bakar lain yang

memungkinkan dari segi teknologi dan bahan yang tersedia. Banyak peneliti bahan bakar telah

melakukan penelitian sehubungan dengan bahan bakar alternatif yang menggunakan minyak

nabati. Minyak nabati dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif karena mudah didapat,

ramah lingkungan, dan tidak habis sepanjang tanaman nabati itu masih ada.

Bahan bakar fosil yang selama ini digunakan umumnya merupakan proses

pembakaran premixed, dimana bahan bakar dan udara dicampur dalam satu chamber. Selain

pembakaran premixed, ada juga pembakaran non premixed yaitu bahan bakar dan udara tidak

dicampur dalam satu chamber atau sendiri sendiri. Pembakaran premixed banyak diteliti

dengan berbagai perlakuan yang bertujuan untuk mengetahui perilaku kepunahan dan

kecepatan pembakaran api (Qiao et al, 2005), api Bunsen dengan open tip ( Min et al. 20110,

api selular (Groff 1982) dan api triple (Ray et al. 2000)

2

Pembakaran non premixed, umumnya menggunakan minyak nabati seperti minyak

kelapa, kelapa sawit, jarak pagar, biji kapok, biji sirsak, kedelai, biji bunga matahari, dan biji-

bijian lain yang mengandung minyak. Bahan bakar nabati merupakan bahan bakar alternatif

yang ramah lingkungan dan non degredable. Bahan bakar alternatif merupakan salah satu

peluang yang dapat dikembangkan di Indonesia. Bahan bakar tersebut berasal dari sumber

daya hayati yang banyak tumbuh di Indonesia. Hal ini didukung dengan besarnya potensi

lahan di Indonesia untuk produksi tanaman nabati yaitu 82,71% luas lahan di Indonesia

merupakan lahan pertanian (Kementerian Sekretariat Negara Republik Indonesia, 2010) dan

potensi untuk substitusi seperti minyak solar yang sampai saat ini mencapai 40% dari

konsumsi BBM nasional (Kementerian ESDM Republik Indonesia, 2013). Sebagai substitusi

BBM tersebut, terdapat berbagai minyak nabati yang dapat dikembang dan diteliti sebagai

bahan bakar alternatif, akan tetapi dalam penelitian ini akan minyak nabati yaitu: (i) minyak

kelapa murni, (ii) minyak kelapa hidrolisis. Kebutuhan minyak kelapa didukung oleh

ketersediaan kelapa di Indonesia yang sangat berlimpah. Kelapa tumbuh di dataran rendah

dekat pantai, yang sangat memungkinkan di Indonesia, dengan panjang pantai sekitar 81000

km. Biji kelapa dapat diolah dengan menggunakan teknologi maupun dengan cara tradisional

untuk mendapatkan minyak sebelum dijadikan bahan bakar. Minyak kelapa mempunyai

rantai karbon paling pendek diantara minyak nabati (Yuan et al. 2005). Struktur kimia minyak

kelapa mirip dengan petrodiesel sehingga sangat cocok untuk mesin Diesel. Namun bila

digunakan secara langsung mempunyai kelemahan seperti: viskositas tinggi, volatilitas

rendah, reaktivitas rantai hidrokarbon tak jenuh, perlu pemanasan awal, aliran, atomisasi dan

emisi partikel (Demirbas 2009 dan Altin et al. 2001). Minyak kelapa terdiri dari komponen

asam lemak dan gliserol yang mempunyai properties berbeda-beda (Wikipedia 2013). Multi

komponen asam lemak dan gliserol perlu diteliti bila ingin digunakan sebagai bahan bakar

alternatif.

Dari pernyataan-pernyataan di atas, pembakaran minyak nabati seperti kelapa dilakukan

secara non-premixed. Agar minyak nabati bisa dibakar secara premixed maka perlu mengubah

fasenya menjadi uap dengan jalan pemanasan. Uap dan udara dicampur dalam burner mixing,

kemudian api dipantik di ujung burner sehingga didapat bentuk dan warna api Bunsen.

3

Perilaku api yang terjadi seperti kecepatan pembakaran laminar, api Bunsen ujung terbuka, api

seluler dan api triple diambil gambarnya dengan menggunakan kamera.

1.2. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang diuraikan di atas maka permasalahan yang muncul pada

minyak kelapa murni dan minyak kelapa hidrolisis

Bagaimana hubungan kecepatan pembakaran bila equivalence ratio (φ) diubah-

ubah dari campuran miskin sampai kaya?

Pada rasio kesetaraan (φ) berapa secondary Bunsen flame with open tip terjadi

dan bagaimana perilakunya?.

Pada rasio kesetaraan (φ) berapa cellular flame terbentuk dan bagaimana

perilakunya?

Pada rasio kesetaraan (φ) berapa triple flame terbentuk dan bagaimana

perilakunya?.

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Penelitian-Penelitian Sebelumnya.

2.1.1. Kecepatan Pembakaran.

Soriano et al. (2010) melakukan penelitian secara eksperimental untuk mendapatkan

kecepatan pembakaran perambatan api dalam campuran yang mudah terbakar yang

dipengaruhi oleh perbedaan kelengkungan api atau kurve aliran, yang merupakan laju

regangan aliran gas segar sepanjang garis normal ke api dibagi dengan kecepatan pembakaran

api planar. Perbedaan antara kecepatan pembakaran lokal dan kecepatan pembakaran api

planar dalam gas diam sebanding dengan perbedaan kurve aliran api. Kecepatan pembakaran

api planar dan panjang Markstein merupakan faktor proporsional produk hakiki dari sifat

nyala yang mencirikan dinamika api. Panjang Markstein dapat ditentukan secara

eksperimental dengan sekaligus mengukur kurve aliran api dan laju regangan. Laminar jet

burner di set up dan digunakan dua sistem yaitu: (1) paticle image velocity (PIV) seperti pada

gambar 2.1 untuk mengukur kecepatan aliran gas dalam dua bidang normal tegak lurus api.

(2)Tetesan minyak digunakan untuk melacak aliran dan api. Sistem PIV dan tetesan dibentuk

oleh kondensasi setelah penguapan minyak dalam ruang pemasukan di jalur udara. Pemasukan

udara dan bahan bakar gas (CO, H2, CH4) dicampur dalam ruang di hulu burner dan terbakar

di api Bunsen stasioner. Tetesan minyak menguap di zone pemanasan awal api, sehingga

memungkinkan tomography ganda di bagian depan api.

Gambar 2.1. Foto api dan cara mengukur kecepatan pembakaran laminar (sumber : Soriano et al. 2010)

5

Api berbentuk bola pada campuran gas alam-udara oleh Liao et al. (2004) digunakan

untuk mengukur kecepatan api laminar, pada rasio kesetaraan (equivalence ratio) 0.6 sampai

1.4, tekanan awal 0.05, 0.1 dan 0.15 MPa, dan temperatur pemanasan awal 300 sampai 400 K

seperti diperlihatkan pada gambar 2.2. Teori Markstein merupakan salah satu cara untuk

memperoleh kecepatan laminar tak teregang setelah menghilangkan efek peregangan yang

dikenakan di depan api. Kecepatan pembakaran dengan bentuk fungsional

P

uu

T

uuPPTTuu

)/()/(

00101 , tergantung

T dan

P yang diberikan diatas rasio kesetaraan

dari campuran. Efek gas encer pada kecepatan pembakaran telah dipelajari pada rasio

kesetaraan 0.7 sampai1.2, dan secara eksplisit formula kecepatan pembakaran laminar ini

tercapai untuk campuran encer.

Gambar 2.2. Eksperimental kecepatan pembakaran laminar untuk gas alam. (sumber : Liao et al. 2004)

2.1.2. Api Bunsen dengan Ujung Terbuka (Bunsen Flame with Open Tip).

Ishizuka et al. (1982), melakukan eksperimen api difusi dengan menggunakan burner

berbentuk silinder. Gambar 2.3 memperlihatkan bahan bakar yang digunakan berupa

campuran hidrogen-metana-nitrogen pada rasio konsentrasi yang bervariasi. Campuran

ternary dari hidrogen, propane dan gas inert (nitrogen, argon atau karbon dioksida), dimana

berat molekul gas inert jauh lebih besar dari hydrogen. Pembukaan ujung (tip) memungkinkan

terjadi ketika campuran banyak sekali diencerkan menggunakan gas inert, sedangkan untuk

campuran ternary hidrogen, propana, dan helium, menunjukkan suhu nyala api maksimum

dalam zona reaksi menuju pembesaran ujung api , terbakar sangat intensif di ujung. Ada

sejumlah bahan bakar yang tidak terbakar pada lengan molekul hidrogen dari metana dan

karbon monoksida yang ditemukan keluar melalui ruang terbuka. Peristiwa ini menyebabkan

6

kebocoran bahan bakar dan emisi polutan tidak diinginkan dalam pembakaran api difusi pada

campuran bahan bakar seperti hidrogen dan hidrokarbon yang mengakibatkan api ujung

terbuka (open tip). Mekanisme open tip ini juga didasarkan pada konsep bilangan DamkOhler.

Gambar 2.3. Foto api hydrogen/propane/nitrogen dengan ujung terbuka (sumber : Ishizuka et al. 1982)

Mizomoto et al. (1987) meneliti pengaruh bilangan Lewis pada intensitas

pembakaran api Bunsen untuk berbagai kombinasi bahan bakar / gas inert-oksigen,

memperhatikan efek dari sifat transportasi pada campuran seperti difusivitas termal dan

difusivitas massa. Campuran bahan bakar/gas inert yang diteliti adalah metana, propane,

butane, etilena, dan hidrogen-udara, argon-udara, helium-udara, dan karbon dioksida-

udara. Intensitas pembakaran api Bunsen untuk semua campuran diprediksi dengan

menggunakan bilangan Lewis terutama untuk campuran dimana bilangan Lewis jauh dari

satu. Namun ada beberapa pengecualian, terutama untuk campuran yang bilangan Lewis

dekat dengan satu. Meskipun perilaku campuran hidrokarbon / argon - oksigen dan

hidrokarbon / karbon dioksida - oksigen secara kualitatif disepakati dengan perilaku

campuran hidrokarbon / udara, hidrokarbon / helium-oksigen berbeda dengan tiga macam

gas inert. Pada gambar 2.4, meskipun ujung api Bunsen terbuka pada api hidrokarbon

campuran kaya, ujung api Bunsen tebuka hidrogen selalu terjadi dalam campuran yang

lebih kaya dari campuran stoikiometrik tetapi lebih kurus dari campuran pada kecepatan

pembakaran maksimum.

7

Gambar 2.4. Api propane/carbon dioxide-oxygen (sumber : Mizomoto et al. 1987)

2.1.3. Api Selular (Cellular Flame)

Ketidakstabilan api dalam dalam campuran butan(C4H10)-C3H8 (propan) dan udara

ditandai dengan munculnya struktur sel-sel dan kecenderungan menuju kepunahan api.

Penelitian ketidakstabilan api ini dilakukan oleh Abdulwahid et al. (2009) akibat perpindahan

panas dan massa yang diinduksi oleh difusi termal api laminar. Kecepatan pembakaran

adiabatik api laminar diukur pada rasio kesetaraan (equivalent ratio) yang berbeda untuk

mendapatkan ketidakstabilan sel. Foto langsung diambil untuk menilai secara kualitatif efek

suhu di plat burner pada struktur selular api seperti gambar 2.5.

(a) (b) (c)

Gambar 2.5. Cellurar instabilities pada 318 K (a) Ф=0,707 (b) Ф=0,976 (c) Ф=1,336

(sumber : Abdulwahid et al. 2009)

8

Konnov et al. (2003) mempelajari stabilisasi api adiabatik pada burner untuk api

laminar planar dan seluler yang dibandingkan dengan model teoritis. Oleh karena

itu metode fluks panas digunakan untuk menentukan kecepatan perambatan api dibawah

kondisi, dimana tidak ada kehilangan panas. Pengukuran dalam campuran CH4+O2+CO2

diulang pada burner pelat berlubang yang disainnya sudah diperbaharui.

Kecepatan perambatan adiabatik api selular secara kuantifikasi struktur selular ditampilkan

pada gambar.2.6

Gambar. 2.6. Foto langsung cellurar CH4 + O2 + CO2 denagn rasio dilution D=35% dan pada temperature 323K. (a) φ=0,7 ; (b) φ=1,0 ; (c) φ=1,2

(sumber : Konnov et al. 2003)

2.1.4. Api Triple (triple flame)

Plessing et al. (1998) melakukan penelitian secara eksperimen dan studi numeric pada

api laminar. Gambar 2.7 menunjukkan laminar triple flame dan diagram skematik burner api

triple. Api difusi laminar axisymmetric stabil terangkat di wilayah hilir pada pancaran

methane encer yang dikelilingi oleh campuran miskin methane-udara dalam aliran co-flow dan

bagian paling luar berupa udara dalam aliran co-flow. Api memperlihatkan triple flame di

wilayah yang berbeda dalam stabilisasi. Penelitian ini diselidiki secara eksperimental dengan

menggunakan PIV (particle image velocitimetry) untuk bidang kecepatan, pencitraan OH-

LIPF(Laser Induced Predissociation Fluorescence), pencitraan C2Hx-LIF(Laser Induced

Fluorescence), dan teknik 1D-Raman untuk konsentrasi spesies utama, dikombinasikan

dengan teknik Rayleigh untuk suhu. Penelitian ini dilengkapi dengan penyelesaian simulasi

numerik dua dimensi axisymmetric dengan menggunakan persamaan Navier-Stokes dalam

batas Mach number nol pada mesh disesuaikan, ditambah dengan persamaan kesetimbangan

untuk suhu dan spesies. Model sederhana untuk sifat transportasi molekul dengan properties

yang digunakan konstan, tetapi bilangan Lewis tidak sama dengan satu untuk semua spesies.

Ilmu kimia digunakan untuk mekanisme reduksi sepuluh langkah oksidasi metana. Ada

9

kesesuaian yang baik antara pengukuran dan perhitungan untuk bentuk api dan panjang nyala

api. Konsentrasi OH diukur dengan menggunakan OH-LIPF image dan menunjukkan bahwa

OH terkonsentrasi di sekitar campuran stoikiometri. Metode baru C2Hx-LIF dikembangkan

juga untuk mendukung perhitungan dan pengukuran secara kualitatif. Suhu dan mol fraksi

spesies utama diukur secara kuantitatif dengan teknik gabungan Raman-/Rayleigh sepanjang

garis dan ditemukan kesamaan yang baik dengan prediksi numerik. Ini menunjukkan bahwa

struktur api triple dipengaruhi oleh dua parameter eksternal yakni: pertukaran panas antara

cabang dan kehilangan panas di depan api melengkung dekat titik triple.

Gambar 2.7. (a) laminar triple flame, (b) diagram skematik burner triple flame (sumber : Plessing et al. 1998)

Brionesa et al. (2009) secara teoritik-numerik menganalisis entropi bangkitan api triple

pada hydrogen campuran kaya methane-udara seperti pada gambar 2.8. Hukum

termodinamika kedua digunakan untuk menguji perambatan api laminar H2 pada campuran

kaya CH4- udara . Analisis ini didasarkan pada perhitungan entropi bangkitan dalam medan

aliran reaksi transien. Model komputasi time dependent digunakan untuk memberikan

penjelasan rinci tentang reaktivitas kimia dan transportasi untuk mensimulasikan pengapian

transien dan perambatan api dalam medan aliran reaksi. Api dinyalakan dalam lapisan

10

percampuran jet jauh di hilir burner. Setelah pengapian, api triple jelas terbentuk di hulu

dengan kecepatan perpindahan api konstan dekat campuran stoikiometri. Api dekat burner,

beralih menuju ke api ganda, dan kemudian ke api menuju non stabil. Titik triple

memperlihatkan entropi bangkitan maksimum, titik ini juga menunjukkan reaktivitas kimia

yang tinggi, serta suhu dan gradient fraksi massa yang besar. Entropi volumetric bangkitan

tertinggi dalam dua zona reaksi , dan terendah di non zona reaksi. Dalam zona reaksi, entropi

volumetrik bangkitan karena reaksi kimia tinggi, diikuti oleh panas konduksi. Kebalikannya

juga berlaku untuk non zona reaksi, penambahan H2 pada bahan bakar methane menyebabkan

entropi bangkitan terpadu meningkat yang mengakibatkan konduksi panas dan reaktivitas

kimia meningkat. Kontribusi dari konduksi panas, reaktivitas kimia, dan pencampuran

terhadap total generasi entropi bangkitan total melemah tergantung pada bahan bakar yang

dibakar. Sementara api merambat di bagian hulu pada kenaikan entropi bangkitan dan

mencapai maksimum ketika api menunjukkan struktur api triple, dan kemudian api menurun

mendekati burner. Hukum kedua tentang efisiensi system mendekati konstan dengan

penambahan H2, ketika peningkatan irreversibilities akibat penambahan H2 yang

dikompensasi oleh peningkatan ketersediaan aliran dalam campuran bahan bakar.

Gambar 2.8. Entropi bamgkitan dan kontur laju kehilangan panas untuk perambatan triple flame (100% CH4-0%H2 dan 50% CH4-50%H2)

(sumber : Brionesa et al. 2009)

2.2. Hidrolisis.

Wang et al. (2012) melakukan penelitian mengenai bahan bakar hirdrokarbon

dari minyak nabati melalui hydrolysis dan thermo-catalytic decarboxylation. Bahan

baku minyak canola digunakan untuk mengkonversikannya menjadi hidrokarbon alkana

11

normal. Asam lemak bebas (Free Fatty Acid) produk setengah jadi dari hidrolisis dihitung

menggunakan GC-FID (Gas Chromatography-Flame Ionization Detector), yang menunjukkan

konversi 99,7% dan komponen-komponen berikut: palmitat, oleat, linoleat, linolenat, stearat,

asam arachidic dan behenat. FFA jenuh kemudian didekarboksilasi pada laju rata-rata 15,5

mmol / menit menggunakan katalis Pd / C 5% pada 300 oC. Sekitar 90% dekarboksilasi

dikonversi ke n-alkana dicapai dalam waktu reaksi 5 jam. Hasil campuran n-alkana dapat

segera dikonversi menjadi bahan bakar diesel terbarukan menggunakan isomerisasi untuk

meningkatkan sifat aliran bahan bakar.

Kinematika hidrolisis minyak bunga matahari pada kondisi air subkritis diteliti oleh

Alenezi et al. (2009). Eksperimental dilakukan dalam reaktor tabung pada rentang suhu 270-

350oC dan waktu reaksi hingga 30 menit pada 20 MPa. Pengaruh suhu parameter kinetik

ditentukan dengan penerapan persamaan Arrhenius untuk konstanta laju optimal. Energi

aktivasi ditemukan tertinggi dalam reaksi hidrolisis pertama (trigliserida). Hasil asam lemak

didapat meningkat secara dramatis dengan kenaikan temperatur, yang kemudian bertindak

sebagai katalis asam ke dalam reaksi hidrolisis. Model kinetik diusulkan untuk hidrolisis

termal minyak bunga matahari, yang memaparkan mekanisme reaksi pada suhu dan waktu

reaksi berbeda. Model kinetik yang diusulkan sangat cocok dengan hasil eksperimen dengan

varians maksimum <5,4%.

Holliday et al. (1997) menyelidiki tentang hidrolsis minyak nabati pada air sub dan

super kritis. Air dalam keadaan subkritis dapat digunakan sebagai pelarut dan reaktan untuk

melakukan hidrolisis trigliserida. Kedelai, biji rami, dan minyak kelapa berhasil dihidrolisis

menjadi asam lemak bebas dengan air pada densitas 0,7 g / mL dan suhu 260-280°C. Dalam

kondisi ini reaksi berlangsung cepat, dengan konversi lebih dari 97% selama 15-20 menit.

Beberapa isomerisasi geometrik dari asam linolenat diamati pada suhu reaksi rendah 250 oc.

Reaksi dilakukan pada suhu dan tekanan tinggi sampai ke titik kritis air, sehingga dihasilkan

minyak dan asam lemak.

Kinematika hidrolisis dan esterifikasi metil untuk menghasilkan biodiesel pada proses

methanol super kritis dua langkah diselidiki oleh Minami et al. (2006). Untuk menghasilkan

bahan bakar biodiesel berkualitas tinggi dari minyak/lemak, perlu dilakukan proses hidrolisis

trigliserida menjadi asam lemak dalam air subkritis dan esterifikasi metil asam lemak menjadi

12

metil ester dalam superkritis metanol. Kinetika dalam hidrolisis dan esterifikasi metil

selanjutnya dipelajari untuk menjelaskan mekanisme reaksi. Akibatnya, asam lemak

ditemukan dapat bertindak sebagai katalis asam dan model matematika sederhana yang

diusulkan di mana kurva regresi cocok dengan hasil eksperimen. Dengan demikian dapat

dikatakan bahwa asam lemak memainkan peran penting dalam proses metanol superkritis dua

langkah.

2.3. Api Bunsen

Api Bunsen ditunjukkan pada gambar 2.9, memberi gambaran dua jenis api . Bahan

bakar masuk melalui orifice, udara melalui bagian intake air dan keduanya mengalir

sepanjang tabung burner. Reaksi berikutnya antara bahan bakar dan oksigen dalam campuran

ini membentuk api premixed . Dengan menanipulasi laju aliran udara dapat dihasilkan api

kaya atau miskin tergantung pada apakah oksigen atau bahan bakar dapat sepenuhnya

dikonsumsi . Jika campuran miskin , maka excess oxygen (oksigen lebih) akan tetap tak

bereaksi setelah melewati zona produk dan akan keluar ke lingkungan . Namun jika kaya

bahan bakar, maka setelah melewati zona produk , kelebihan bahan bakar atau lebih tepatnya

spesies peralihan bahan bakar selanjutnya dapat bereaksi dengan oksigen di udara ambien .

Karena spesies oksigen dan bahan bakar yang awalnya terpisah, keduanya bertemu di common

reqion di mana terjadi pencampuran dan reaksi. Peristiwa ini menghasilkan api non premixed ,

di mana spesies bahan bakar diarahkan bereaksi hampir sepenuhnya dengan oksigen. Oleh

karena itu api yang terbentuk terdiri dari api premixed dan api non premixed . Kalau bagian

intake air benar-benar tertutup, maka campuran burner tidak mengandung oksigen, dengan

demikian hanya ada api non premixed .

13

Gambar 2.9. Skematik Api Bunsen

(sumber: Law, 2006)

2.4. Ketidakstabilan Difusivitas Panas

Model standar Zel'dovich-Frank-Kamenetskii (ZFK) dari perambatan api premixed

dengan energi aktivasi yang tinggi, reaksi kimia adalah terbatas pada lapisan tipis di sisi

temperatur tinggi di depan api (flame front), dan mekanisme dasar perambatan dikendalikan

oleh difusi panas pembakaran dan spesies dalam ketebalan api, δ. Jika api yang melengkung

atau berkerut, gradien suhu dan konsentrasi spesies tidak lagi sejajar dengan arah rata-rata

perambatan, lihat gambar 2.10, dan kecepatan api lokal dapat berubah.

Gambar 2.10. Struktur internal api premixed kerutan (sumber : Jarosinski and Veyssiere, 2009)

14

Tempat dimana bagian depan cekung terhadap gas tidak terbakar (unburned gas), fluks

panas lokal adalah konvergen. Peningkatan temperatur api lokal dan kecepatan perambatan

lokal juga meningkat, lihat panah merah pada gambar 2.26. Kebalikannya berlaku untuk

bagian depan yang cembung. Stabilitas api kerutan dipengaruhi oleh difusi termal.

Gradien konsentrasi spesies berada dalam arah yang berlawanan dengan gradien

termal, lihat panah hijau. Pada tempat-tempat di mana flame front cekung terhadap unburned,

fluks spesies lokal menjadi divergen yang mengakibatkan penurunan fluks spesies yang

bereaksi menuju zona reaksi, mengarah pada penurunan kecepatan perambatan lokal.

Stabilitas api kerutan dipengaruhi oleh difusi spesies. Hasil bersih dari kedua fluks difusi

tergantung pada rasio koefisien difusi termal, Dth, dan spesies, Dmol. Rasio ini disebut bilangan

Lewis,

Le= Dth/Dmol

Jika bilangan Lewis lebih besar dari satu, efek difusi panas adalah lebih besar dan api

berada pada difusi termal stabil. Namun kontribusi stabilisasi tambahan muncul dari

kecenderungan streamlines dalam zona pemanasan awal. Kecenderungan internal streamlines

menciptakan transportasi tambahan panas dan spesies yang konvergen atau divergen

mengenai arah rata-rata perambatan. Internal streamlines memiliki pengaruh terhadap bentuk

tambahan kontribusi yang diistilahkan dengan kecepatan api lokal. Bentuk stabisasi ini tidak

tergantung dari bilangan Lewis dan peningkatan rasio ekspansi gas. Pengaruh kelengkungan

api pada kecepatan api lokal, Sn, pertama kali diakui oleh Markstein yang menulis secara

empiris:

R

ζ

S

SS

L

Ln

Dimana

R adalah radius kurva api

adalah panjang karakteristik urutan tebal api

Sering dituliskan dalam bentuk

R

δMa

S

SS

L

Ln

δ = Dth / SL yang diukur dari tebal panas api

15

Ma adalah bilangan tanpa dimensi (Markstein number)

2.5. Ketidakstabilan Hidrodinamik

Api premixed adalah tidak stabil akibat ketidakstabilan hidrodinamik yang berawal

pada ekspansi gas melalui api. Fenomena ini pertama kali diakui oleh George Darrieus dan

Lev Landau, dan biasanya disebut sebagai ketidakstabilan Darrieus – Landau.

Premixed front flame datar , seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.11. Pada skala

panjang api diperlakukan sebagai antarmuka tipis tanpa batas yang mengubah gas dingin, pada

temperatur dan densitas To, ρo , menjadi gas panas pada temperatur dan densitas Tb , ρb .

Bagian depan api merambat dengan kecepatan SL menjadi unburnt gas. Sebagai acuan api

depan , gas dingin memasuki bagian front dengan kecepatan Uo = SL , dan karena ekspansi

termal , gas panas meninggalkan front dengan kecepatan Ub = SL ( ρo / ρb ) . Rasio densitas, ρo

/ ρb , kira-kira sama dengan rasio temperatur , dan biasanya dari 6-7 untuk api hidrokarbon-

udara standar . Kovservasi momentum , loncat kecepatan ini harus disertai dengan loncatan

tekanan kecil , δP = 1/2 ( ρbUb2 - ρoUo

2 ) ≡ 1/2 ( ρoSL2 ) ( ρo / ρb - 1 ) , biasanya 1 Pa.

Gambar 2.11. Ekspansi gas pada api planar (sumber : Jarosinski and Veyssiere, 2009)

Flame front miring seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.12.a . Aliran gas yang

masuk dapat diuraikan menjadi komponen vektor yang sejajar front , dengan kecepatan U// ,

dan komponen Un , normal ke front. Jika bagian front stasioner sebagai acuan, maka

kecepatan komponen normal harus sama dengan kecepatan nyala , Un = SL . Burnt gas

meninggalkan api akan memiliki komponen normal sama dengan Un ( ρo / ρb ). Komponen

16

paralel, U// , tidak berubah , karena cukup jelas bahwa tidak ada mekanisme fisik untuk

memungkinkan loncatan tekanan paralel yang diperlukan untuk mempercepat komponen

paralel pada aliran. Sehingga api cenderung menyimpang dari aliran gas yang masuk ke arah

normal keluar. Gambar 2.12.b menunjukkan visualisasi dari streamlines melalui Bunsen flame

front. Kelengkungan streamlines dalam hot burnt gas muncul dari efek daya apung yang

disebabkan oleh gravitasi .

Gambar 2.12. (a) Penyimpangan streamlines melalui kemiringan api (b) Visualisasi streamlines melalui kemiringan api Bunsen

(sumber : Jarosinski and Veyssiere, 2009)

Pada gambar 2.13, di mana api tidak lagi planar, tapi kerutan di beberapa tempat dengan

panjang gelombang λ. Ketika streamlines menyeberangi api, ada tempat dimana streamlines

normal terhadap front, dipercepat, tetapi tidak menyimpang. Di tempat dimana front

dimiringkan, masuknya streamlines akan menyimpang ke arah normal, seperti pada Gambar

2.12a. Namun, dalam gambar 2.13 secara lokal benar, namun secara global salah. Streamlines

dibelakang front tidak bisa menyeberang, kurva akan menjadi paralel lagi jauh di hilir, seperti

ditunjukkan pada gambar 2.14.

17

Gambar 2.13. Penyimpangan lokal streamlines melalui api kerutan. (sumber : Jarosinski and Veyssiere, 2009)

Gambar 2.14. Kurve streamlines melalui api kerutan. (sumber : Jarosinski and Veyssiere, 2009)

Jika streamlines melengkung dimana terdapat gradien tekanan dalam aliran, api

kerutan dimasukkan gangguan non lokal . Gangguan non lokal ini membuat solusi matematika

sangat sulit. Keberadaan api akibat gradien tekanan tidak hanya akan mempengaruhi aliran di

hilir , tetapi juga aliran di hulu . Jika gradien tekanan menyimpang didapat streamline hilir

berbelok ke kanan , maka penyimpangan di bagian hulu akan berada di arah yang sama.

18

Pengaruh ekspansi gas melalui kelengkungan api menyebabkan aliran convergen di tempat

dimana bagian depan cekung terhadap unburnt gas , dan divergen dimana bagian depan

cembung . Konservasi massa menyiratkan bahwa aliran di hulu dipercepat ( melambat ) di

tempat dimana api depan tertinggal ( yang di depan ) dari posisi rata-rata . Kecepatan

perambatan SL pada front adalah konstan , situasinya tidak stabil. Api kerutan akan tumbuh

sebagai fungsi waktu . Ini adalah ketidakstabilan Darrieus – Landau.

Dalam analisis, hanya ada empat parameter: kecepatan api SL, panjang gelombang λ

(atau bilangan gelombang k ≡ 2π/λ), dan densitas gas, ρo, ρb. Analisis dimensional

memberitahu bahwa hanya ada satu cara untuk membangun laju pertumbuhan, σ (dimensi s-

1):

b

o

Lρ

ρfkSσ

Diekspresikan secara eksak oleh Landau:

1

1

1

2

E

EE

E

EkSσ

L

di mana E adalah rasio ekspansi gas E = ρo / ρb. Ini berlaku dalam batas linier ketika

amplitudo kerutan kecil bila dibandingkan dengan panjang gelombang. Tingkat pertumbuhan

ketidakstabilan Darrieus-Landau meningkat dengan kecepatan api dan dengan jumlah

gelombang kerutan. Untuk stoikiometri api hidrokarbon-udara, SL ≈ 0,4 m / s, E ≈ 7, tingkat

pertumbuhan per 1 cm kerutan adalah σ ≈ 400 s-1. Namun, tingkat pertumbuhan tidak dapat

meningkatkan tanpa batas untuk panjang gelombang kecil. Fenomena difusivitas panas ikut

berperan ketika panjang gelombang kerutan sebanding dengan ketebalan api.

2.6 Kerangka Pemikiran Teoritis

Gambar 2.15 di bawah ini menunjukkan bagian-bagian utama struktur kimia molekul

minyak nabati (trigliserida). Trigliserida memiliki gliserin yang dihubungkan oleh ester

dengan tiga rantai asam lemak. Salah satu dari tiga sambungan ester adalah seperti yang

dilingkari. Panjang atom C dari masing-masing asam lemak bervariasi antara 12 sampai 18.

19

O

Gambar 2.15. Molekul trigliseride

Minyak kelapa merupakan salah satu dari minyak nabati, dimana 85% berupa asam

lemak dan 15% gliserol. Asam lemak jenuhnya berupa caprylic 8.86% , capric 6.17%, lauric

48.83%, myristic 19.97%, palmitic 7.84%, stearic 3.06%, dan asam lemak tak jenuh berupa

oleic 4.44% , linoelic 0.76% (Kumar et al. 2010).

Bahan bakar minyak nabati ingin dibakar secara premixed, maka perlu diubah fasenya

menjadi uap dengan cara pemanasan sehingga jarak molekul-molekul bahan bakar menjadi

lebih besar dan kemudian dicampur dengan molekul-molekul udara di burner menjadi

reaktan. Kecepatan reaktan yang keluar dari ujung burner tersebut diberikan energy aktivasi

maka akan menghasilkan kelengkungan kurva api dan laju regangan. Keduanya ini merupakan

dasar untuk mendapatkan kecepatan pembakaran. Tinggi atau rendahnya kecepatan

pembakaran tergantung dari gas inert yang terdapat dalam bahan bakar.

Gas inert yang dikandung bahan bakar menyebabkan difusivitas termal menurun dan

difusivitas massa mengingkat atau dengan kata lain bilangan Lewis kurang dari 1(satu).

Penurunan difusivitas termal mengakibatkan ada bahan bakar yang lolos dari zona reaksi

menuju zona produk sehingga menyebabkan emisi polutan. Emisi polutan yang dihasilkan

berupa warna api. Api berwarna ungu menunjukkan emisi dari OH, berwarna biru

Glycerine portion Fatty acid portion

O

O

O

O CH

CH2

CH2

Ester linkage

O

O

20

menunjukkan emisi dari CH dan berwarna hijau menunjukkan emisi dari C2. Emisi polutan

tersebut mengakibatkan api Bunsen ujung terbuka.

Ketidakstabilan api minyak kelapa, dalam campuran asam lemak (CnH2n/CnH2n-x)-

gliserol dan udara memunculkan sel-sel akibat perpindahan panas dan massa. Transfer massa,

atau juga sering disebut difusi, hanya terjadi di dalam campuran (mixture) maka evaluasinya

diperiksa setiap komponen. Setiap campuran multikomponen, konsentrasi spesies dapat

dinyatakan sebagai massa per satuan volume campuran yang disebut densitas spesies, ρA.

Fraksi massa,A

ω , adalah densitas spesies A dibagi dengan densitas massa total. Untuk fasa

gas, konsentrasi seringkali dinyatakan dalam tekanan parsial.

Dalam stabilitas yang berbeda akan terlihat triple flame. Transportasi molekul

digunakan sebagai model sederhana, tetapi bilangan Lewis tidak sama dengan satu untuk

semua spesies. Pada saat pengapian, api triple jelas terbentuk di hulu dengan kecepatan

perpindahan api konstan di dekat campuran stoikiometri. Api mendekati burner, beralih

menuju ke api ganda, dan kemudian ke zona api non reaksi menuju stabil. Titik triple

memperlihatkan entropi bangkitan maksimum, titik ini juga menunjukkan reaktivitas kimia

tinggi, serta suhu dan gradien fraksi massa besar, yang diikuti oleh konduksi panas. Entropi

volumetric bangkitan tertinggi di dua zona reaksi, dan terendah di zona non reaksi.

Secara skematis kerangka konsep penelitian dapat dilihat pada gambar 2.16

Gambar 2.16 Kerangka konsep penelitian

Bahan bakar minyak nabati

dipanasi

Proses pembakar secara premixed

Jarak molekul

Ikatan molekul

Asam lemak

Laminar burning velocity Flammability limit

21

2.7. Hipotesa.

Bentuk dan warna nyala api bisa diubah dengan cara mengubah fraksi massa udara-

bahan bakar yang masuk ke chamber yang diistilahkan dengan equivalence ratio φ (rasio

kesetaraan). Equivalence ratio diubah-ubah dari campuran miskin sampai kaya sehingga dapat

dibuat hipotesa sebagai berikut:

a. Bagaimana hubungan antara equivalence ratio φ dengan kecepatan pembakaran

laminer?

b. Pada rentang equivalence ratio berapa api Bunsen ujung terbuka terbentuk?

c. Pada equivalence ratio berapa cellular flame terjadi?

d. Pada equivalence ratio berapa terbentuknya triple flame?

22

BAB III

TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

3.1. Tujuan Penelitian

a. Untuk mendapatkan pengaruh equivalence ratio terhadap kecepatan pembakaran

laminar dari minyak kelapa maupun hidrolisis.

b. Untuk mendapatkan pada rasio kesetaraan (equivalence ratio) berapa terbentuknya

secondary Bunsen flame with open tip dari minyak kelapa murni maupun hidrolisis.

c. Untuk mendapatkan pada rasio kesetaraan berapa terbentuknya cellular flame pada

minyak kelapa murni maupun hidrrolisis.

d. Untuk mendapatkan pada rasio kesetaraan berapa terbentuknya triple flame dari

minyak kelapa murni maupun hidrolisis.

3.2. Manfaat Penelitian

a. Aspek Teoritis

Hasil penelitian ini merupakan pengembangan ilmu pengetahuan dari energi terbarukan

(renewable energy) yang pembakarannya dilakukan secara premixed. Selama ini penelitian

dari minyak nabati sebagai bahan bakar alternatif hanya dilakukan secara non premixed.

Disamping itu minyak nabati merupakan bahan bakar multi komponen yang terdiri dari

asam lemak dan gliserol, dimana dari aspek teoritis sangat menarik untuk diteliti sebagai

bahan bakar pada pembakaran premixed.

b. Aspek Aplikatif

Untuk menjawab permasalahan energi nasional berupa Peraturan Presiden nomor 5

tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional (KEN) yang menunjukkan adanya

upaya agar pemakaian energi baru dan terbarukan ditingkatkan. Khusus untuk energi

terbarukan, penyediaan bahan bakar nabati (biofuel) diinstruksikan pula melalui Inpres

No 1 tahun 2006, tentang penyediaan dan pemanfaatan bahan bakar nabati (biofuel)

sebagai bahan bakar lain. Memasyarakatkan penggunaan bahan bakar minyak nabati

sebagai bahan bakar alternatif pengganti bahan bakar fosil.

23

Hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai sarana pengembangan eksperimen

pembakaran premixed minyak nabati yang ramah lingkungan.

c. Aspek Praktis

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini dapat digunakan untuk mengukur kecepatan

pembakaran laminar (laminar burning velocity) bahan bakar nabati maupun fosil. Di

samping itu bahan-bahan yang digunakan dapat dijadikan acuan dan perbandingan untuk

meneliti bahan yang sama dengan perlakuan yang berbeda, atau bahan nabati yang

berbeda.

24

BAB IV

METODE PENELITIAN

4.1. Peralatan Penelitian

Penelitian ini menggunakan peralatan seperti pada gambar yang ada pada lampiran.

Adapun fungsi masing-masing alat adalah sebagai berikut:

a. Ketel berfungsi sebagai tempat penampungan bahan bakar cair yang akan diubah

fasenya menjadi uap.

b. Perforated burner berfungsi sebagai tempat bercampurnya uap bahan bakar dengan

udara, dan pada saat yang tepat dipantik api sehingga nyala api bisa diambil

gambarnya melalui kamera.

c. Katup uap berfungsi sebagai bukaan uap bahan bakar sesuai dengan laju aliran massa

yang diinginkan.

d. Heater berfungsi sebagai pemanas, mengubah fase cair menjadi uap.

e. Katup kompresor: sebagai bukaan udara sesuai dengan laju aliran masa yang

diinginkan.

f. Kompresor digunakan sebagai penyedia udara.

g. Flow meter yang berfungsi sebagai pengukur laju aliran massa udara dan bahan bakar.

h. Kameral digital digunakan untuk merekam gambar api

4.2. Bahan

Minyak kelapa digunakan dalam penelitian ini terdiri dari asam lemak 85% dan 15%

gliserol. Komponen asam lemak dalam minyak kelapa sebagian besar mengandung asam

lemak jenuh rantai menengah. Hanya kurang dari 10% yang tak jenuh rantai panjang dengan

karakteristik pembakaran spontan.

4.3. Set Up Alat

Penelitian dilakukan secara eksperimental dalam sebuah peralatan yang ditunjukkan

secara skematis pada gambar 4.1. Minyak kelapa diuapkan dalam boiler dengan suhu dijaga

konstan 160oC. Uap minyak dari boiler dicampur dengan udara dari kompresor di ruang

pencampuran dengan rasio kesetaraan (φ) bervariasi 0.3-2.0. Campuran reaktan kemudian

25

mengalir ke nosel sebelum dinyalakan untuk membentuk api pada pelat berlubang yang

dipasang di bagian atas nosel.

Gambar 4.1: Peralatan eksperimen

Pelat berlubang (perforated plate) dipasang untuk memanfaatkan tahan kontak termal

sehingga menjaga distribusi temperatur yang lebih seragam pada seluruh permukaan pelat dan

menjamin keseragaman aliran campuran minyak kelapa dengan udara selama proses

pembakaran. Perforated plate dari baja dan dirancang berbentuk matriks geometris dengan 19

lubang. Diameter setiap lubang adalah 2.5 mm dan jarak antara lubang adalah 3.75 mm.

Percobaan dimulai dengan pemanasan minyak kelapa (suhu 1600C) sampai terbentuk

uap di dalam boiler. Katup inlet bahan bakar dibuka dan katup inlet udara ditutup, kemudian

api dipantik di ujung burner sehingga terbentuk api difusi. Beda ketinggian di flowmeter

26

bahan bakar dicatat dan dijaga konstan. Proses selanjutnya katup inlet dibuka sedikit dan

dicatat beda ketinggian di flowmeter serta gambar api diambil dengan menggunakan kamera.

Dengan peningkatan bukaan katup inlet udara secara bertahap, maka setiap beda ketinggian di

flowmeter udara dicatan dan api yang terbentuk diambil gambarnya. Data dan gambar diambil

berkali-kali sampai api padam. Perbedaan ketinggian bahan bakar yang konstan dan udara

yang berubah-ubah digunakan untuk menghitung rasio bahan bakar terhadap udara aktual

(actual air fuel ratio).

Untuk percobaan ini, ada empat perlakuan percobaan: (1) api minyak kelapa dan kontak

dengan udara lingkungan, (2) api minyak kelapa dan terlindungi dari udara lingkungan, (3)

api minyak kelapa hidrolisis dan kontak dengan udara lingkungan, (4) api minyak kelapa

hidrolisis dan terlindungi dari udara lingkungan.

27

BAB V

HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1. Komposisi Minyak Kelapa

Komposisi minyak kelapa perlu diketahui dengan tujuan untuk mengetahui (i) rumus kimia

molekul asam lemaknya, (ii) stoichiometric air fuel ratio. Penjelasannya akan diuraikan pada

sub bab berikutnya.

5.1.1. Rumus Molekul Asam Lemak Minyak Kelapa

Gas Chromatography digunakan untuk mengetahui prosentase kandungan asam lemak

minyak kelapa yang diambil dari wilayah Buleleng Bali. Kandungan asam lemak yang

diperoleh seperti pada tabel 5.1.

Tabel 5.1. Komposisi minyak kelapa dari berbagai referensi

Asam lemak jenuh yang dikandung minyaklebih dari 90% sehingga dapat dibuat rumus

molekul kimia secara umum : CnH2nO2. Untuk mendapatkan rumus umum molekul asam

lemak minyak kelapa, maka perlu dilakukan perhitungan berat molekulnya dan hasil

perhitungannya seperti pada tabel 5.2.

28

Tabel 5.2. Hasil perhitungan berat molekul tiap-tiap komponen asam lemak minyak kelapa

Asam Lemak

Rumus Molekul

Berat Molekul

Kandungan

BM x kand.

Asam kaproat C6H12O2 116 0.0024 0.278 Asam kaprilat C8H16O2 144 0.04852 6.987 Asam kaprat C10H20O2 172 0.05031 8.653

Asam Laurat C12H24O2 200 0.46256 92.512

Asam Myristat C14H28O2 228 0.20508 46.758 Asam palmitat C16H32O2 256 0.10706 27.407 Asam stearat C18H36O2 284 0.03711 10.539

Asam arachidat C20H40O2 312 0.00051 0.159 Asam behenat C22H44O2 340 0.00028 0.095

Asam palmitolat C16H30O2 254 0.00018 0.046 Asam oleat C18H34O2 282 0.08413 23.725

Asam linoleat C18H32O2 280 0.0006 0.168 Asam linolenat C18H30O2 278 0.00107 0.297

Asam eicosatrienoat C20H34O2 306 0.0002 0.061

Berat Molekul Total = 217.687

Sehingga rumus molekul asam lemak minyak kelapa:

CnH2nO2 = 217.687

12n + 2n + 32 =217.687

n = 13.26

Jadi bentuk umum rumus molekul kimia asam lemak minyak kelapa: C13,26H26,52O2

5.1.2. Stoichiometric Air Fuel Ratio Minyak Kelapa

Minyak kelapa digunakan dalam penelitian ini terdiri dari 85% asam lemak dan 15%

gliserol. Komponen asam lemak dalam minyak kelapa sebagian besar mengandung

asam lemak jenuh rantai menengah. Hanya kurang dari 10% yang tak jenuh rantai panjang

dengan karakteristik pembakaran spontan. Reaksi asam lemak minyak kelapa menggunakan

oksidator udara lingkungan. Analisis molar sederhana digunakan pada proses pembakaran

seperti dijelaskan pada persamaan 5.1 dan persamaan 5.2 sebagai berikut:

C13.26H26.52O2 +18.89(O2+3.76N2) 13.26CO2 + 13.26H2O+71.03N2 .................... 5.1

29

C3H5(OH)3 + 3.5(O2+3.76N2) 3CO2 + 4H2O+13.16N2 ................................................ 5.2

Persamaan 5.1 adalah reaksi pembakaran molekul asam lemak dari data yang ada di tabel

5.1 dan persamaan 5.2 reaksi pembakaran gliserol. Dari persamaan 5.1 dan 5.2 didapat

stoichiometric air fuel ratio (AFRstoic) minyak kelapa murni adalah 10,91 gram udara /

gram bahan bakar. Dalam minyak kelapa hidrolisis AFRstoic adalah 11,91 gram udara /

gram bahan bakar.

5.2. Equivalence ratio

Untuk mengkonversi beda ketinggian udara maupun bahan bakar di venturi flowmeter

dilakukan kalibrasi. Persamaan regresi linear digunakan untuk menghitung laju aliran masa

udara dan bahan bakar. Parameter x adalah beda ketinggian di pipa venturi flowmeter (cm)

dan y adalah kuadrat dari laju aliran volume, Q2 (cm3/dt)2.

Kalibrasi flowmeter.

Flowmeter digunakan untuk mengukur jumlah atau laju aliran dari fluida yang mengalir di

dalam pipa. Untuk ini penelitian dilakukan dengan pengambilan data, secara pendekatan

aktual untuk suatu flowmeter tertentu pada kondisi yang berbeda-beda. Untuk kalibrator

menggunakan perhitungan aliran dari pipa venturi pada proses kalibrasinya. Dari kajian

tersebut dihasilkan suatu proses perhitungan yang lebih tepat dalam menunjang kegiatan

kalibrasi flowmeter dalam bentuk metode atau formula sehingga diperoleh hasil kalibrasi yang

lebih representatif dalam penerapannya. Hasil yang diberikan diharapkan lebih aplikatif dan

akurat untuk diterapkan dalam proses penggunaan flowmeter pada berbagai kondisi pemakaian

atau lebih bersifat universal. Beda ketinggian di venturi flowmeter dan laju aliran volume yang

dihasilkan dapat dilihat pada tabel 5.3 dan 5.4.

30

Tabel 5.3. Beda ketinggian di pipa venturi flowmeter udara

No Δh

(cm) Q

(cm3/dt) Q2

(cm3/dt)2 1 2 20,79 2 2 19,01 3 2 21,05

rerata 2 20,28 411,47 4 4 28,82 5 4 31,25 6 4 28,25

rerata 4 29,44 868,35 7 6 37,74 8 6 36,10 9 6 39,37

rerata 6 37,74 1423,98 10 8 50,00 11 8 47,62 12 8 42,74

rerata 8 46,78 2188,81 13 10 54,05 14 10 54,95 15 10 61,73

rerata 10 56,91 3238,65 16 12 63,29 17 12 64,52 18 12 61,35

rerata 12 63,05 3975,60

31

Tabel 5.4. Beda ketinggian di pipa venturi flowmeter bahan bakar

No Δh

(cm) Q

(cm3/dt) Q2 (cm3/dt)2

1 1 15,22 2 1 13,97 3 1 15,58

rerata 1 14,92 222,64 4 3 28,17 5 3 28,74 6 3 26,74

rerata 3 27,88 777,34 7 5 39,84 8 5 35,71 9 5 37,31

rerata 5 37,62 1415,47 10 7 45,25 11 7 45,45 12 7 42,74

rerata 7 44,48 1978,42

Dari tabel 5.3 didapat hubungan kuadrat dari laju aliran volume, Q2 (cm3/dt)2 dan

beda ketinggian di pipa venturi flowmeter udara, Δh (cm) didapat persamaan garis linear

y=303,42x seperti gambar 5.1.

Dari tabel 5.4 didapat hubungan kuadrat dari laju aliran volume, Q2 (cm3/dt)2 dan

beda ketinggian di pipa venturi flowmeter bahan bakar Δh (cm) didapat persamaan garis linear

y=279,54x seperti gambar 5.2.

Gambar 5.1. Hubungan Δh vs Q2 udara

32

Gambar 5.2. Hubungan Δh vs Q2 bahan bakar

Untuk mendapatkan variasi equivalence ratio maka perlu dilakukan perubahan beda

ketinggian di pipa venturi flowmeter dengan jalan membuka sedikit katup bukaan (inlet valve)

udara, sedangkan katup bukaan bahan bakar dijaga konstan.

Equivalence ratio minyak kelapa

Equivalence ratio minyak kelapa murni maupun hidrolisis didapatkan dengan cara terlebih

dahulu menghitung laju aliran massa udara, laju aliran massa bahan bakar. Rasio laju aliran

massa udara terhadap bahan bakar akan didapat actual air fuel ratio (AFR act) dan hasil

perhitungannya dapat dilihat pada tabel 5.5, 5.6, 5.7.

33

Tabel 5.5. Laju aliran masa udara minyak kelapa murni dan hidrolisis, mengikuti persamaan y=303.42x

Flowmeter udara ρ (gr/cm

3) ṁ

konstanta Δh

(cm) Q2 (cm3/dt)2 Q (cm3/dt) (gr/sec)

303,42 2 606,84 24,634123 0,001164 0,028674 303,42 4 1213,68 34,837910 0,001164 0,040551 303,42 6 1820,52 42,667552 0,001164 0,049665 303,42 8 2427,36 49,268245 0,001164 0,057348 303,42 10 3034,2 55,083573 0,001164 0,064117 303,42 12 3641,04 60,341031 0,001164 0,070237 303,42 14 4247,88 65,175762 0,001164 0,075865 303,42 16 4854,72 69,675821 0,001164 0,081103 303,42 18 5461,56 73,902368 0,001164 0,086022 303,42 20 6068,4 77,899936 0,001164 0,090676 303,42 22 6675,24 81,702142 0,001164 0,095101 303,42 24 7282,08 85,335104 0,001164 0,099330 303,42 26 7888,92 88,819592 0,001164 0,103386

Tabel 5.6. Laju aliran masa bahan bakar minyak kelapa murni dan hidrolisis, mengikuti persamaan y= 279.54x

Flowmeter bahan bakar ρ (gr/cm

3) ṁ

konstanta Δh

(cm) Q2 (cm3/dt)2 Q (cm3/dt) (gr/sec)

279,54 5 1397,7 37,385826 0,000113 0,004225 279,54 5 1397,7 37,385826 0,000113 0,004225 279,54 5 1397,7 37,385826 0,000113 0,004225 279,54 5 1397,7 37,385826 0,000113 0,004225 279,54 5 1397,7 37,385826 0,000113 0,004225 279,54 5 1397,7 37,385826 0,000113 0,004225 279,54 5 1397,7 37,385826 0,000113 0,004225 279,54 5 1397,7 37,385826 0,000113 0,004225 279,54 5 1397,7 37,385826 0,000113 0,004225 279,54 5 1397,7 37,385826 0,000113 0,004225 279,54 5 1397,7 37,385826 0,000113 0,004225 279,54 5 1397,7 37,385826 0,000113 0,004225 279,54 5 1397,7 37,385826 0,000113 0,004225

34

Tabel 5.7. AFR act. Minyak kelapa murni dan hidrolisis

No ṁudara

(gr/dt) ṁbb

(gr/dt) AFR act

1 0,028674 0,004225 6,79 2 0,040551 0,004225 9,60 3 0,049665 0,004225 11,76 4 0,057348 0,004225 13,57 5 0,064117 0,004225 15,18 6 0,070237 0,004225 16,63 7 0,075865 0,004225 17,96 8 0,081103 0,004225 19,20 9 0,086022 0,004225 20,36 10 0,090676 0,004225 21,46 11 0,095101 0,004225 22,51 12 0,099330 0,004225 23,51 13 0,103386 0,004225 24,47

Pada bagian 5.1.2 rasio udara-bahan bakar stoikiometri (AFRstoic) minyak kelapa

murni adalah 10,91 gram udara / gram bahan bakar. Dalam minyak kelapa hidrolisis

AFRstoic adalah 11,91 gram udara / gram bahan bakar. Equivalence ratio (φ) dihitung

sebagai rasio udara dan bahan bakar stoikiometri dibagi dengan rasio udara dan

bahan bakar sebenarnya, sehingga didapat hasil seperti ditunjukkan pada tabel 5.8.

35

Tabel 5.8. Equivalence ratio minyak kelapa murni dan hidrolisis

No AFR act

AFR stoikhiometri

minyak kelapa murni

AFR stoikhiometri

minyak kelapa

hidrolisis

equivalence ratio φ

minyak kelapa murni

equivalence ratio φ

minyak kelapa

hidrolisis

1 6,79 10,91 11,91 1,61 1,75 2 9,60 10,91 11,91 1,14 1,24 3 11,76 10,91 11,91 0,93 1,01 4 13,57 10,91 11,91 0,80 0,88 5 15,18 10,91 11,91 0,72 0,78 6 16,63 10,91 11,91 0,66 0,72 7 17,96 10,91 11,91 0,61 0,66 8 19,20 10,91 11,91 0,57 0,62 9 20,36 10,91 11,91 0,54 0,58 10 21,46 10,91 11,91 0,51 0,55 11 22,51 10,91 11,91 0,48 0,53 12 23,51 10,91 11,91 0,46 0,51 13 24,47 10,91 11,91 0,45 0,49

5.3. Kecepatan Reaktan

Kecepatan reaktan (v) dijelaskan pada persamaan 5.3.

b

airfuel

A

QQv

................................................................................................................... 5.3

Dimana: Qfuel, adalah laju aliran volume bahan bakar, Qair adalah volume alir udara, Ab

adalah luasan burner.

Kecepatan reaktan minyak kelapa murni maupun hidrolisis.

Kecepatan reaktan minyak kelapa murni maupun hidrolisis v didapat dengan menggunakan

persamaan 5.3 dengan laju aliran masa udara Qair pada tabel 5.5 dan laju aliran masa

bahan bakar Qfuel pada tabel 5.6. Luasan burner konstan sebesar 0,93 cm2. Hasil dari

kecepatan reaktan dirangkum pada tabel 5.9.

36

Tabel 5.9. Kecepatan reaktan minyak kelapa murni maupun hidrolisis

No Q ud

(cm3/dt) Q bb

(cm3/dt)

d(cm)

A(cm2)

v (cm/dt)

1 24.63 37.39 0.25 0.93 66.53 2 34.84 37.39 0.25 0.93 77.48 3 42.67 37.39 0.25 0.93 85.88 4 49.27 37.39 0.25 0.93 92.96 5 55.08 37.39 0.25 0.93 99.20 6 60.34 37.39 0.25 0.93 104.84 7 65.18 37.39 0.25 0.93 110.02 8 69.68 37.39 0.25 0.93 114.85 9 73.90 37.39 0.25 0.93 119.38 10 77.90 37.39 0.25 0.93 123.67 11 81.70 37.39 0.25 0.93 127.75 12 85.34 37.39 0.25 0.93 131.65 13 88.82 37.39 0.25 0.93 135.39

5.4. Kecepatan Pembakaran Laminar.

Kecepatan api laminar (SL) bisa diperkirakan dengan menggunakan persamaan 5.4.

SL=v.sinα .................................................................................................................... 5.4

Dimana α adalah sudut setengah dari ujung kerucut api Bunsen.

Kecepatan pembakaran laminar minyak kelapa murni dan hidrolisis

Kecepatan pembakaran minyak kelapa murni maupun hidrolisis dilakukan dengan dua

perlakuan yakni (i) api dibiarkan kontak dengan udara ambien dan (ii) api tidak kontak

dengan udara ambien.

a. Api dibiarkan kontak dengan udara ambien (tanpa isolasi).

Eksperimen ini di set up dimana api yang terbentuk di ujung burner dibiarkan kontak

dengan udara luar. Gambar api yang terbentuk dianalisis dengan segitiga api untuk

mendapatkan sudut api. Kecepatan pembakaran laminar SL merupakan hasil kali kecepatan

reaktan dengan sinus sudut yang dibentuk di ujung api dan hasilnya ditabelkan pada 5.10 dan

5,11.

37

Tabel 5.10. Kecepatan pembakaran laminar api Bunsen dan perforated pada minyak kelapa murni tanpa diisolasi

φ

minyak d(cm)

A (cm2)

v(cm/dt) Api Bunsen Api perforated

kelapa sin α SL (cm/dt) sin α SL (cm/dt)

1.61 0.25 0.93 66.53 0.16 10.79 Not Formed

1.14 0.25 0.93 77.48 0.11 8.20 0.93 0.25 0.93 85.88 0.28 23.84 0.37 31.72 0.80 0.25 0.93 92.96 0.18 16.29 0.39 35.84 0.72 0.25 0.93 99.20 0.29 28.75 0.41 41.11 0.66 0.25 0.93 104.84 Disappear 0.39 41.29

Tabel 5.11. Kecepatan pembakaran laminar api Bunsen dan perforated pada minyak kelapa hidrolisis tanpa diisolasi

φ

minyak d(cm)

A (cm2)


kelapa

hidrolisis sin α

SL (cm/dt) sin α SL (cm/dt)

1.75 0.25 0.93 66.53 0.38 25.37 Not formed

1.24 0.25 0.93 77.48 0.45 34.74 1.01 0.25 0.93 85.88 0.43 37.11 0.42 36.28 0.88 0.25 0.93 92.96 0.45 42.29 0.52 48.23 0.78 0.25 0.93 99.20

Disappear 0.44 44.07

0.72 0.25 0.93 104.84 Lift off

b. Api tidak kontak dengan udara ambien (diisolasi).

Agar api tidak kontak dengan udara ambien maka di ujung burner dipasang penutup

berbentuk kotak persegi panjang tembus pandang. Gambar api yang terbentuk dianalisis

dengan segitiga api untuk mendapatkan sudut api. Kecepatan pembakaran laminar SL

merupakan hasil kali kecepatan reaktan dengan sinus sudut yang dibentuk di ujung api dan

hasilnya ditabelkan pada 5.12 dan 5.13.

38

Tabel 5.12. Kecepatan pembakaran laminar api Bunsen dan perforated pada minyak kelapa murni dengan isolasi

φ minyak d(cm)

A (cm2)


kelapa sin α SL (cm/dt) sin α SL

(cm/dt) 1.61 0.25 0.93 66,53

Extinction Not formed

1.14 0.25 0.93 77,48 0.93 0.25 0.93 85,88 0.80 0.25 0.93 92,96 0,48 44,62 0.72 0.25 0.93 99,20 0,29 28,77 0.66 0.25 0.93 104,84 0,30 31,45 0,54091 56,71 0.61 0.25 0.93 110,02 0,22 24,20 0,54091 59,51 0.57 0.25 0.93 114,85 0,21 24,12 0,54091 62,12 0.54 0.25 0.93 119,38 0,20 23,88 0,54091 64,57 0.51 0.25 0.93 123,67

Disappear

0,54091 66,90 0.48 0.25 0.93 127,75 0,54091 69,10 0.46 0.25 0.93 131,65 0,54091 71,21 0.45 0.25 0.93 135,39 Lift off

Tabel 5.13. Kecepatan pembakaran laminar api Bunsen dan perforated pada minyak kelapa hidrolisis dengan isolasi

φ

minyak d(cm)

A (cm2)


kelapa

hidrolisis sin α SL (cm/dt) sin α SL (cm/dt)

1.75 0.25 0.93 66.53 Not formed

0.38 24.98 1.24 0.25 0.93 77.48 0.38 29.09 1.01 0.25 0.93 85.88 0.38 32.24 0.38 32.24 0.88 0.25 0.93 92.96 0.41 37.73 0.50 46.38 0.78 0.25 0.93 99.20 0.52 51.37 0.57 56.76 0.72 0.25 0.93 104.84

Disappear Lift off 0.66 0.25 0.93 110.02

5.5. Perilaku Pembakaran Premixed Minyak Kelapa

Minyak kelapa mempunyai rantai karbon paling pendek diantara minyak nabati (Yuan et al.

2005). Struktur kimia minyak kelapa mirip dengan petrodiesel sehingga sangat cocok untuk

mesin diesel. Namun bila digunakan secara langsung mempunyai kelemahan seperti:

39

viskositas tinggi, volatilitas rendah, reaktivitas dari rantai hidrokarbon tak jenuh, perlu

pemanasan awal, aliran, atomisasi dan emisi partikel (Ayhan 2009 & Recep et al. 2001).

Selama ini minyak kelapa lebih banyak digunakan sebagai pembakan non premixed seperti

pada kompor bertekanan (Kratzeisen M. and Müller J. 2010), karena emisi gas buang rendah,

ramah lingkungan, tetapi nilai kalornya rendah dibandingkan diesel (Masjuki et al. 2001). Bila

minyak kelapa digunakan sebagai pembakaran premixed maka perlu proses penguapan bahan

bakar sebelum dimasukkan ke dalam mixing chamber.

Perilaku api minyak kelapa pada pembakaran premixed di perforated burner dalam berbagai

equivalence ratio ditampilkan dalam gambar 5.3 sampai dengan gambar 5.7. Gambar

5.3 menunjukkan api minyak kelapa murni. Gliserol secara intensif dibakar dari φ =

0,93 sampai 1,14 (Wardana 2010), yang berada dalam stoikiometri. Pada campuran kaya

(φ = 1,61) jumlah gliserol terbakar berkurang karena menjadi jauh dari stoikiometri.

Pandangan atas api ditunjukkan pada gambar 5.4, bahwa ada dua struktur api yaitu

perforated Bunsen flame dengan api Bunsen sekunder ujung terbuka pada campuran miskin

(gambar 5.4a) dan api triple dengan api seluler pada campuran yang sangat kaya

(Gambar 5.4b).

Gambar 5.3. Struktur api minyak kelapa murni

40

Gambar 5.4. Pandangan atas: (a) api perforated dengan sekunder Bunsen ujung terbuka, φ=0.72, (b) api triple dengan api seluler, φ=1.61

Ketika api minyak kelapa murni diisolasi dari udara ambien sekitarnya seperti yang

ditunjukkan pada gambar 5.5, api perforated Bunsen berlangsung di φ = 0,45 sampai

0,66. Dari φ = 0,54 sampai 0,80 api Bunsen sekunder dengan ujung terbuka terjadi di hilir api

perforated Bunsen api. Api cenderung menuju kepunahan di atas φ = 0,93. Fenomena ini

menunjukkan bahwa minyak kelapa murni membutuhkan jumlah udara besar atau api

terbentuk pada campuran sangat miskin sehingga stabilitas api sangat dipengaruhi oleh udara

ambien.

Gambar 5.5. Gambar nyala api minyak kelapa murni yang diisolasi dari

udara ambien.

Penyebab api seluler, api Bunsen sekunder ujung terbuka, api triple dan kepunahan

api dijelaskan dengan cara menghilangkan gliserol dari minyak melalui proses hidrolisis pada

suhu 300oC selama 15 menit (Alenezi et al 2009;. Wang et al 2012). Api minyak kelapa

hidrolisis ditunjukkan pada gambar 5.6. Api seluler berbentuk pulau dan api triple yang

terjadi pada minyak kelapa murni menghilang dan berubah menjadi api seluler kelopak tanpa

41

api triple di φ = 1,24 sementara api perforated dan api Bunsen sekunder dengan ujung

terbuka masih ada. Ketika api diisolasi dari udara ambien sekitarnya seperti ditunjukkan

pada gambar. 5.7, api stabil dari campuran miskin (φ = 0,66) sampai campuran kaya (φ =

1,75). Api minyak kelapa hidrolisis tidak mengalami kepunahan.

Dari data yang ada dapat dijelaskan bahwa minyak kelapa murni memerlukan jumlah udara

yang banyak untuk membakar gliserol karena sifat higroskopisnya. Ketika konsentrasi udara

didalam reaktan rendah atau pada campuran kaya gliserol menyebabkan terbentuknya api

triple, api seluler dan pemadaman. Sementara api Bunsen ujung terbuka selalu ada di

minyak kelapa murni dan hidrolisis, ini disebabkan oleh beberapa mekanisme yang akan

dijelaskan kemudian. Gliserol dan asam lemak rantai panjang menghasilkan api seluler

dengan berbagai tipe yang mana akan dijelaskan selanjutnya.

Gambar 5.6: Bentuk nyala api minyak kelapa hidrolisis

Gambar 5.7. Bentuk nyala api minyak kelapa hidrolisis yang diisolasi dari udara ambien

42

5.5.1. Kecepatan api laminar

Gambar 5.8. Kecepatan pembakaran laminar minyak kelapa versus equivalence ratio

Gambar 5.8 menunjukkan kecepatan api SL minyak kelapa yang dianalisis dari gambar 5.3

dan gambar 5.6 dengan menggunakan persamaan 5.8. Hal ini terlihat bahwa SL dari minyak

kelapa api perforated pada campuran yang sangat miskin hampir sama seperti api hexadecane

di stoikiometri. Peningkatan equivalence ratio φ menyebabkan kecepatan pembakaran api

perforated SL menurun dan api mulai menghilang pada φ diatas 0,93. Api Bunsen sekunder

terjadi di hilir api perforated dari φ = 0,80 dengan SL lebih rendah dari api perforated yang

juga menurun dengan meningkatnya φ. Pada minyak kelapa hidrolisis, api perforated mulai

berlangsung pada φ sedikit lebih besar dengan SL lebih tinggi. Maksimum SL masih terjadi

pada campuran miskin yang lebih tinggi dari hexadecane (Chaos et al. 2005) tapi hampir

sama dengan ethanol (Broustail et al. 2011). SL cenderung menurun dengan meningkatnya φ.

Api masih stabil bahkan dalam bentuk api Bunsen sekunder sampai campuran sangat kaya.

Hal ini menunjukkan bahwa batas mudah terbakar (flammability limit) dari minyak kelapa

jauh lebih luas dibandingkan dengan bahan bakar fosil konvensional.

43

Gambar 5.9. Kecepatan pembakaran laminar minyak kelapa versus equivalence ratio yang diisolasi dari udara ambien

Gambar. 5.9 menunjukkan SL minyak kelapa yang diestimasi dari gambar 5.5 dan

gambar 5.7. Pada gambar 5.9 dapat dilihat bahwa ketika api terisolasi dari udara ambien SL

api perforated mencapai tertinggi dan bahkan lebih tinggi dari ethanol (Broustail et al.

2011) pada campuran yang sangat miskin (φ = 0. 45). Equivalance ratio φ meningkat SL

menurun dan api perforated menghilang diatas φ = 0,66 sedangkan api Bunsen sekunder

mulai berlangsung di hilir api perforated di φ = 0.54 dengan SL cenderung meningkat

mengikuti tren yang hexadecane (Chaos et al. 2005). Api mulai menuju kepunahan ketika φ

mendekati satu atau lebih. Ketika gliserol dihilangkan dari minyak, api perforated mulai

terbentuk di atas φ = 0,72 dengan SL lebih tinggi dibandingkan minyak kelapa murni. SL

menurun dengan meningkatnya φ. Api masih stabil dalam bentuk api perforated sampai

campuran menjadi sangat kaya (φ = 1,61). Sekali lagi, ini menunjukkan bahwa gliserol

44

membutuhkan banyak udara untuk membakar sehingga stabil pada campuran yang sangat

miskin, sementara asam lemak yang multi-komponen stabil pada φ lebih tinggi sampai

campuran kaya.

5.5.2. Api Bunsen Sekunder Dengan Ujung Terbuka.

Pembukaan ujung (tip) pada api Bunsen memungkinkan terjadi ketika campuran banyak

sekali diencerkan menggunakan gas inert, sedangkan untuk campuran asam lemak

menunjukkan suhu nyala api maksimum dalam zona reaksi menuju pembesaran ujung api,

terbakar sangat intensif. Ada sejumlah bahan bakar yang tidak terbakar pada lengan molekul

hidrogen dari asam lemak dan gas inert yang ditemukan keluar melalui ruang terbuka.

Peristiwa ini menyebabkan kebocoran bahan bakar dan emisi polutan yang tidak diinginkan

dalam pembakaran api difusi sehingga ujung api terbuka (open tip).

Pada minyak kelapa dengan campuran sangat miskin, jumlah udara dalam campuran cukup

untuk pembakaran yang sempurna. Kecepatan api SL tinggi dan api Bunsen terjadi pada

setiap lubang nozzle perforated. Disaat equivalence ratio φ meningkat, fraksi bahan bakar

dalam campuran meningkat yang menyerap lebih banyak energi untuk menyalakan campuran.

Akibatnya kecepatan pembakaran laminar SL asam lemak jenuh rantai panjang (asam

palmitat dan stearat) dan gliserol sangat rendah yang menghasilkan api Bunsen sekunder di

hilir api perforated. Untuk kecepatan pembakaran jauh lebih rendah daripada kecepatan

reaktan, api Bunsen sekunder cenderung untuk meregang yang menyebabkan ujung terbuka.

Pada equivalence ratio φ tinggi menyebabkan asam lemak jenuh rantai panjang dan

gliserol menjadi sulit untuk terbakar dan akhirnya lolos ke arah zona produk untuk

menghasilkan api difusi jelaga kuning di ujung api. Hal ini jelas terlihat dari gambar.

5.10a bahwa pembentukan ujung terbuka dalam nyala minyak kelapa murni pada φ = 1,14

terutama disebabkan oleh gliserol terbakar yang lolos ke zona produk. Pada minyak kelapa

hidrolisis (Gambar 5.10b) ujung terbuka pada φ = 1.24 disebabkan oleh asam lemak jenuh

rantai panjang. Hal ini menunjukkan bahwa untuk membakar gliserol dan asam lemak

rantai panjang membutuhkan udara lebih banyak. Mekanisme api Bunsen ujung terbuka

dibentuk oleh bahan bakar yang tak terbakar dan polutan yang didasarkan pada konsep

bilangan Damkohler (Ishizuka&Sakai 1986).

45

Gambar 5.10. Api Bunsen ujung terbuka, (a) minyak kelapa murni φ = 1.14, (b) Minyak kelapa hidrolisis φ = 1.24

5.5.3. Api seluler

Kecepatan api seluler akibat ketidakstabilan difusi termal. Salah satu kasus adalah pada

bilangan Lewis Le <1; akibat perpindahan panas (difusivitas panas rendah) dan massa

(difusivitas massa tinggi) sehingga memunculkan api selular.

Gambar 5.11 menunjukkan struktur rinci api seluler minyak kelapa murni (gambar

5.11a) dan minyak kelapa hidrolisis (gambar 5.11b). Api seluler terjadi pada proses

pembakaran tidak stabil karena panas tidak cukup untuk pembakaran bahan bakar, yang

mana bilangan Lewis (Le) jauh lebih kecil dari 1. Dalam gambar 5.11a api seluler dalam

proses pembakaran premixed minyak kelapa murni ada di campuran kaya (φ = 1,14) di mana

jumlah udara dalam campuran kecil sehingga tidak cukup untuk membakar gliserol.

Oleh karena itu, gliserol lolos ke zona produk menjadi api difusi. Panas radiasi dari nyala api

difusi gliserol menyimpan energi panas untuk pembakaran cepat asam lemak rantai

sedang (lihat tabel 5.1) tetapi tidak cukup untuk membakar asam lemak rantai panjang

dalam multi- komponen yang membentuk minyak. Proses ini menghasilkan api seluler

berbentuk pulau pada perforated plate. Fenomena ini mirip seperti yang dilaporkan oleh

Kadowaki et al. (2011). Ketika gliserol dihilangkan dari minyak, panas radiasi dari api

gliserol menghilang. Asam lemak rantai panjang dan menengah menghasilkan api seluler

berbentuk kelopak di api Bunsen seperti ditunjukkan pada gambar 5.11b. Hasil ini mirip

dengan yang dibahas oleh Wang et al. (2009).

46

Gambar 5.11. Bentuk selular pada (a) minyak kelapa murni φ = 1.14, (b) minyak kelapa hidrolisis φ = 1.24

5.5.4. Api Triple.

Dalam gambar 5.3 api triple minyak kelapa terbentuk pada campuran kaya dari φ = 1,14

sampai 1,61. Gambar 5.12 menunjukkan struktur detail dari api triple minyak kelapa murni

pada φ = 1,61. Api disusun oleh api premixed kaya atau rich premixed flame (RPF) di daerah

hulu, api difusi atau diffusion flame (DF) di tengah, dan api premixed miskin atau lean

premixed flame (LPF) di wilayah hilir. Struktur berasal dari proses pembakaran premixed

minyak kelapa pada campuran kaya yang menghasilkan api kaya. Gliserol dalam minyak

kelapa sulit untuk dibakar pada zona reaksi karena kekurangan udara dan lolos ke zona

produk menjadi api difusi. Api difusi tidak dapat ekspansi dari zona reaksi karena

kekurangan bahan bakar dan tidak bisa bergerak ke arah zona reaksi karena kekurangan

udara. Ketidakmampuan perambatan api difusi menyebabkan konveksi bebas di daerah

hilir yang memompa udara dingin menuju zona reaksi untuk bertemu dan bereaksi dengan

api kaya menghasilkan api miskin di wilayah hilir. Api triple dibentuk oleh resirkulasi

konveksi bebas gas panas di wilayah api premixed miskin atau api tak stabil terjadi ketika

di hilir bergerak gas panas seperti yang ditemukan oleh Jime´nez&Cuenot (2007).

47

Gambar 5.12. Bentuk api triple minyak kelapa murni pada φ = 1.61

48

BAB VI

PENUTUP

6.1. Kesimpulan

Dari uraian-uraian sebelumnya, maka dapat ditarik simpulan sebagai berikut :

a. Dengan meningkatnya equivalance ratio maka kecepatan pembakaran laminar api

perforated menurun dan api mulai menghilang pada φ = 0,93. Api Bunsen sekunder terjadi

di hilir api perforated dari φ = 0,80 dengan kecepatan pembakaran laminer lebih rendah

dari api perforated yang juga menurun dengan meningkatnya equivalence ratio. Tanpa

gliserol, api perforated mulai berlangsung pada equivalance ratio sedikit lebih besar

dengan kecepatan pembakaran laminer menjadi lebih tinggi. Maksimum kecepatan

pembakaran laminer masih terjadi pada campuran miskin yang lebih tinggi dari

heksadekana tapi hampir sama dengan etanol. Kecepatan pembakaran laminer cenderung

menurun dengan meningkatnya equivalance ratio. Api masih stabil bahkan dalam bentuk

api sekunder Bunsen sampai campuran sangat kaya. Hal ini menunjukkan bahwa batas

mudah terbakar (flammability limit) dari minyak kelapa jauh lebih luas dibandingkan

dengan bahan bakar fosil konvensional.

Ketika api terisolasi dari udara ambien kecepatan pembakaran laminer api

perforated mencapai tertinggi dan bahkan lebih tinggi dari etanol pada campuran yang

sangat ramping (φ = 0. 45). Equivalance ratio meningkat kecepatan pembakaran laminer

menurun dan api perforated menghilang dari φ = 0,66 sedangkan api sekunder Bunsen

mulai berlangsung di hilir api perforated dari φ = 0.54 dengan kecepatan pembakaran

laminer cenderung meningkat mengikuti tren yang heksadekana. Api mulai punah ketika

equivalance ratio mendekati satu atau lebih. Ketika gliserol akan dihilangkan dari minyak,

api perforated mulai terbentuk dari φ = 0,72 dengan kecepatan pembakaran laminer lebih

tinggi dibandingkan dengan gliserol. Kecepatan pembakaran laminer menurun dengan

meningkatnya equivalance ratio . Api masih stabil dalam bentuk api perforated sampai

campuran menjadi sangat kaya (φ = 1,61). Sekali lagi, ini menunjukkan bahwa gliserol

membutuhkan banyak udara untuk membakar sehingga api stabil pada campuran yang

49

sangat miskin, sementara asam lemak yang multi-komponen stabil pada equivalance ratio

lebih tinggi.

b. Pembentukan api Bunsen ujung terbuka dalam nyala minyak kelapa dengan gliserol terjadi

pada φ = 1,14 disebabkan oleh gliserol terbakar yang lolos ke zona produk. Pada minyak

kelapa tanpa gliserol, api Bunsen ujung terbuka terjadi pada φ = 1.24 disebabkan oleh

rantai panjang asam lemak jenuh. Hal ini menunjukkan bahwa gliserol membutuhkan udara

lebih banyak untuk membakar daripada asam lemak rantai panjang.

c. Proses pembakaran premixed minyak kelapa dengan gliserol ada di campuran kaya (φ =

1,14) di mana jumlah udara dalam campuran kecil sehingga tidak cukup untuk membakar

gliserol. Oleh karena itu, gliserol lolos ke zona produk menjadi api difusi. Panas radiasi

dari nyala api difusi gliserol menyimpan energi panas untuk pembakaran cepat asam lemak

rantai sedang tetapi tidak cukup untuk membakar asam lemak rantai panjang dalam multi-

komponen. Proses ini menghasilkan api seluler berbentuk pulau pada perforated plate.

Ketika gliserol dihilangkan dari minyak, panas radiasi dari api gliserol menghilang. Asam

lemak rantai panjang dan menengah menghasilkan api seluler berbentuk kelopak di api

Bunsen.

d. Api triple minyak kelapa terbentuk pada campuran kaya dari φ = 1,14 sampai 1,61. Api

disusun oleh api kaya (RPF) di daerah hulu, api difusi di tengah, dan api miskin (LPF) di

wilayah hilir. Struktur berasal dari proses pembakaran premixed minyak kelapa pada

campuran kaya yang menghasilkan api kaya. Gliserol dalam minyak kelapa sulit untuk

dibakar pada zona reaksi karena udara tidak cukup dan lolos ke zona produk menjadi api

difusi. Api difusi tidak dapat ekspansi dari zona reaksi karena kekurangan bahan bakar dan

tidak bisa bergerak ke arah zona reaksi karena kekurangan udara. Ketidakmampuan

perambatan api difusi menyebabkan konveksi bebas di daerah hilir yang memompa udara

dingin menuju zona reaksi untuk bertemu dan bereaksi dengan api kaya menghasilkan api

miskin di wilayah hilir.

50

6.2. Saran

LPPM Unud perlu membuatkan panduan untuk laporan kemajuan dan laporan akhir lebih

rinci setiap kegiatan yang merupakan turunan dari buku Panduan Pelaksanaan Penelitian

dan Pengabdian Kepada Masyarakat yang dibiayai oleh Dikti

51

DAFTAR PUSTAKA

1. Abdulwahid Mazlan, Saqr Khalid M., Sies Mohsin M. and Ujir Haffis, Diffusive Thermal Instabilities of C4H10-C3H8 /Air Laminar Flames, diffusion-fundamentals.org 9 (2009) 8, pp 1-8.

2. Alenezi et al, 2009. Alenezi R., Leeke G.A., Santos R.C.D., Khan A.R., Hydrolysis

kinetics of sunflower oil under subcritical water conditions, chemical engineering research and design 87 (2009) 867–873.

3. Alliche M., Haldenwang P. and Chikh S., Extinction conditions of a flame in a

channel, Combustion and Flame 157 (2010) 1060–1070. 4. Bouaid Abderrahim, Martínez Mercedes, Aracil José, Biorefinery approach for

coconut oil valorisation: A statistical study, Bioresource Technology 101 (2010) 4006–

401. 5. Briones Alejandro M., Mukhopadhyay Achintya, Aggarwal Suresh K., Analysis of

entropy generation in hydrogen-enriched methane–air propagating triple flames, international journal o f hydrogen energy 34 (2009) 1074 – 1083.

6. Broustail G., Seers P., Halter F., Moréac G, Mounaim-Rousselle C., Experimental

determination of laminar burning velocity for butanol and ethanol iso-octane blends, Fuel 90 (2011) 1–6.

7. Chao C.Y.H , Hui K.S., Kong W., Cheng P. and Wang J.H., Analytical and

experimental study of methane–air flame propagation in narrow channels, International Journal of Heat and Mass Transfer 50 (2007) 1302–1313.

8. Chaos Marcos, Kazakov Andrei, Dryer Frederick L., Zhao Zhenwei, and Zeppieri

Stephen P., High Temperature Compact Mechanism Development for Large Alkanes: n-Hexadecane, 6th International Conference on Chemical Kinetics, (2005).

9. Chaudhuri Swetaprovo, Cetegen Baki M., Blow off characteristics of bluff-body

Stabilized conical flames with upstream spatial mixture gradients and velocity oscillations, Combustion and Flame 153, 616–633, 2008.

10. Daou J. and Matalon M., Flame Propagation in Poiseuille Flow under Adiabatic

Conditions, Combustion and Flame 124 (2001) 337–349. 11. Daou J. and Matalon M. Influence of Conductive Heat-Losses on the Propagation of

Flames in Channels, Combustion and Flame 128 (2002) 321–339.

52

12. Fan Aiwu, Maruta Kaoru, Nakamura Hisashi, Kumar Sudarshan, Liu Wei, Experimental investigation on flame pattern formations of DME–air mixtures in a radial microchannel, Combustion and Flame 157 (2010) 1637–1642.

13. Gilard V., Gillon P. and Blanchard C.J.N, Effects of a Magnetic Field on the

Stabilization of a Lifted Diffusion Flame, Proceedings of the European Combustion Meeting 2009.

14. Gopinath A., Puhan Sukumar, Nagarajan G., , Effect of unsaturated fatty acid esters of

biodiesel fuels on combustion, performance and emission characteristics of a DI diesel engine, International Journal Of Energy And Environment Volume 1, Issue 3, pp.411-430, 2010.

15. Heravi H.M., Azarinfar A., Kwon S.I, Browen P.J. and Syred N., Determination of

Laminar Flame Thickness and Burning Velocity of Methane-Air Mixture , Third European Meeting ECM 2007.

16. Holliday R.L., King J.W. and List G.R., Hydrolysis of Vegetable Oils in Sub- and

Supercritical Water, Industrial &Engineering Chemistry Research 36 (1997) 932-935. 17. Inpres No 1 tahun 2006, tentang Penyediaan dan Pemanfaatan Bahan Bakar Nabati

(biofuel) sebagai Bahan Bakar Lain. 18. Ishizuka Satoru, An Experimental Study on The Opening of Laminar Diffusion Flame

Tips, Nineteenth Symposium (International) on Combustion Institute, 1982/pp. 319-326.

19. Ishizuka Satoru and Sakai Yukio, Structure and Tip-Opening of Laminar Diffusion

Flames, Twenty fist Symposium (International) on Combustion / The Combustion Institute, 1986/pp. 1821-1828.

20. Kadowaki Satoshi, Suzuki Hiroshi, Kobayashi Hideaki, The unstable behavior of

cellular flames induced by intrinsic instability, Proceedings of the Combustion Institute 30 (2005) 169–176.

21. Kang S.H., Baek S.W. and Im H.G., Effects of heat and momentum losses on the

stability of flames in a narrow channel, Combustion Theory and Modeling Vol. 10, No. 4, August 2006, 659–681.

22. Kim K.T., Lee D.H. and Kwon S., Effects of thermal and chemical surface–flame

interaction on flame quenching, Combustion and Flame 146 (2006) 19–28. 23. Kitagawa T., Nakahara T., Maruyama K., Kado K., Hayakawa A. and Kobayashi S.,

Turbulent burning velocity of hydrogen–air propagating flames at elevated pressures, International Journal of Hydrogen Energy 33 (2008) 5842–5849.

53

24. Konnov, A.A. and Dyakov, I.V., Measurement of burning velocity in adiabatic cellular

methane-oxygen-carbon dioxide flames. Proceedings of the Third Mediterranean Combustion Symposium, Marrakech, Morocco, June 2003, pp. 1-10.

25. Kumar G., Kumar D., Singh S., Kothari S., Bhatt S. and Singh C.P., Continuous Low

Cost Transesterification Process for the Production of Coconut Biodiesel, Energies 3 (2010) 43-56.

26. Kurdyumov V.N., Pizza G., Frouzakis C.E and Mantzaras J., Dynamics of flames in a

narrow channel with a step-wise wall temperature, Combustion and Flame 156 (2009) 2190–2200.

27. Law Chung K., Combustion Physics, Cambridge University Press, 2006. 28. Liao S.Y., Jiang D.M., Cheng Q., Determination of laminar burning velocities for

natural gas, Fuel 83 (2004) 1247–1250. 29. Lin Jiann-Chang And Lin Ta-Hui, Influence Of Water Spray on Normal and Inverted

Bunsen Flame, Combust. Sci. And Tech., 175: 1263-1291, 2003. 30. Llamas Alberto, García-Martínez María–Jesús, Al-Lal Ana-María, Canoira Laureano,

Lapuerta Magín, Biokerosene from coconut and palm kernel oils: Production and properties of their blends with fossil kerosene, Fuel 102 (2012) 483–490.

31. Machacon Herchel T.C. , Shiga Seiichi, Karasawa Takao, Nakamura Hisao,

Performance and emission characteristics of a diesel engine fueled with coconut oil-diesel fuel blend, Biomass and Bioenergy Journal(20) 63-69, 2001.

32. Miao Haiyan, Jiao Qi, Huang Zuohua, Jiang Deming, Effect of initial pressure on

laminar combustion characteristics of hydrogen enriched natural gas, International Journal of Hydrogen Energy 33(2008) 3876 – 3885.

33. Minami E. and Saka S., Kinetics of hydrolysis and methyl esterification for biodiesel

production in two-step supercritical methanol process, Fuel 85 , (2006), 2479–2483. 34. Mizomoto M. and Yoshida H., Effects of Lewis Number on the Burning Intensity

of Bunsen Flames, Combustion And Flame 70, 47-60 (1987). 35. Palash S.M., Kalam M.A., Masjuki H.H., Masum B.M., Fattah I.M. Rizwanul, Mofijur

M., Impacts of biodiesel combustion on NOx emissions and their reduction approaches, Renewable and Sustainable Energy Reviews 23 (2013) 473–490.

36. Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 5 Tahun 2006 : Tentang Kebijakan

Energi Nasional

54

37. Plessing Tobias, Terhoeven Peter and Peters Norbert, An Experimental and Numerical Study of a Laminar Triple Flame, Combustion and Flame 115:335–353 (1998).

38. Sahoo P.K., Das L.M., Combustion analysis of Jatropha, Karanja and Polanga based

biodiesel as fuel in a diesel engine, Fuel 88 (2009) 994–999. 39. Satyanarayana M., Muraleedharan C., A comparative study of vegetable oil methyl

esters (biodiesels), Energy 36 (2011) 2129-2137. 40. Shaheed A and Swain E, Combustion analysis of coconut oil and its methyl Proc. Instn

Mech. Engrs, Part A, Journal of Power and Energy, 1999. 41. Singh Pranil J., Khurma Jagjit, Singh Anirudh, Preparation, characterisation, engine

performance and emission characteristics of coconut oil based hybrid fuels, Renewable Energy 35 (2010) 2065-2070.

42. Soriano G. Garc´ıa, Castillo J. L., P. L. Ybarra Garc´ıa and Higuera F. J, Curvature

and burning velocity of Bunsen flame tips, Monograf´ıas de la Real Academia de

Ciencias de Zaragoza 34, 73–86, (2010). 43. Tang C., He J., Huang Z., Jin C., Wang J., Wang X. and Miao H., Measurements of

laminar burning velocities and Markstein lengths of propane–hydrogen–air mixtures at elevated pressures and temperatures, International Journal of Hydrogen Energy 33 (2008) 7274-7285.

44. Wang W.C., Thapaliya N., Campos A., Stikeleather L.F. and Roberts W.L.,

Hydrocarbon fuels from vegetable oils via hydrolysis and thermo-catalytic decarboxylation, Fuel 95 (2012) 622–629.

45. Wardana I.N.G, Combustion characteristics of jatropha oil droplet at various oil

temperatures, Fuel 89 (2010) 659–664.

55

LAMPIRAN 1

Instrumen Penelitian

Ketel Burner

Katup uap Heater

Katup Kompresor Kompresor

Flowmeter Kamera

56

LAMPIRAN 2 LAPORAN PENGGUNAAN KEUANGAN PELAKSANAAN

KEGIATAN PENELITIAN DISERTASI DOKTOR TAHUN ANGGARAN 2013

Program Penelitian : PelaksanaanKegiatanPenelitianDisertasiDoktor Judul Penelitian : Pengaruh Equivalence Ratio Terhadap Perilaku

Pembakaran Premixed Minyak Kelapa

No

Tanggal

Uraian No. Bukti

Jumlah

(Rp.) I 17 Juli 2013 Penerimaan Dana Program

KegiatanPenelitianDisertasiDoktorTahun anggaran 2013 24.150.000

II Pengeluaran

1 5 jan 2013 Pembuatan ketel 1.500.000 2 9 jan 2013 Pembuatan 2 set flowmeter @Rp.1.000.000 2.000.000

3 15 Jan 2013 Pembuatan 3 set burner@Rp 1.500.000,-

4.500.000

4 4 Peb 2013 Kompresor kecil 2.000.000

5 4 Peb 2013 Kompor listrik 500.000

6 4 Peb 2013 Termokopel 603.500

7 4 Peb 2013 katup 2 bh@Rp. 500.000,- 1.000.000

8 17 Juli 2013 Potongan pajak 15 % dari dana yang diterima 3.622.500

9 09 Sept 2013 Honorarium Peneliti 7.000.000

10 01 Nop 2013 Publikasi jurnal 1.424.000

11 15 Nop 2013 Biaya Chromatography (nota tgl 8 juli dan 14 Agustus 2013) 509.000

12 17 Nop 2013 Perjalanan Denpasar-Malang(pp) 12x 3.600.000

13 20 Nop 2013 Sisa pembayaran honor peneliti 3.000.000

14 22 Nop 2013 Kamera (nota tgl 5 peb 2013) 1.500.000

15 29 Nop 2013 Biaya penggandaan 188.500

16 29 Nop 2013 Potongan pajak 15 % dari dana yang diterima 1.552.500

JumlahPengeluaran 34.500.000

Bukit Jimbaran, 01 Desember 2013 Mengetahui, KetuaLembagaPenelitiandanPengabdian Ketua Peneliti, KepadaMasyarakatUnud

Prof. Dr. Ir. I KetutSatriawan, MT I Ketut Gede Wirawan NIP 19640717 198903 1 001 NIP 19620228 198702 1 001

Int. Journal of Renewable Energy Development 2 (3) 2013: 133-139 P a g e | 133

© IJRED – ISSN: 2252-4940, 31 October 2013, All rights reserved

Contents list available at IJRED website

Int. Journal of Renewable Energy Development (IJRED) Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ijred

Premixed Combustion of Coconut Oil on Perforated Burner

I.K.G. Wirawana,b*, I.N.G. Wardanab, Rudy Soenokob, Slamet Wahyudib

a Mechanical Engineering Department, Udayana University, Bali, INDONESIA

b Mechanical Engineering Department, Brawijaya University, East Java, INDONESIA

Article history: Received July 21, 2013 Received in revised form Sept. 15, 2013 Accepted Oct 2, 2013 Available online

ABSTRACT: Coconut oil premixed combustion behavior has been studied experimentally on perforated burner with equivalence ratio (φ) varied from very lean until very rich. The results showed that burning of glycerol needs large number of air so that the laminar burning velocity (SL) is the highest at very lean mixture and the flame is in the form of individual Bunsen flame on each of the perforated plate hole. As φ is increased the SL decreases and the secondary Bunsen flame with open tip occurs from φ =0.54 at the downstream of perforated flame. The perforated flame disappears at φ = 0.66 while the secondary Bunsen flame still exist with SL increases following that of hexadecane flame trend and then extinct when the equivalence ratio reaches one or more. Surrounding ambient air intervention makes SL decreases, shifts lower flammability limit into richer mixture, and performs triple and cellular flames. The glycerol diffusion flame radiation burned fatty acids that perform cellular islands on perforated hole. Without glycerol, laminar flame velocity becomes higher and more stable as perforated flame at higher φ. At rich mixture the Bunsen flame becomes unstable and performs petal cellular around the cone flame front. Keywords: cellular flame, glycerol, perforated flame, secondary Bunsen flame with open tip, triple flame

* Corresponding author: E-mail: [email protected]

1. Introduction

Large number of coconut is available in Indonesia that grows in the lowlands near beach about 81,000 kilometers long. Coconut oil has the shortest carbon chain in vegetable oils group (Yuan et al. 2005) and it has similar chemical structure with petro diesel. Thus, coconut oil is suitable for Diesel engine. So far, coconut oil is used as non-premixed fuel, for example in pressure stove (Kratzeisen & Müller 2010) because of its lower exhaust emissions, more environmental friendly, lower calorific value compared to diesel (Machacon et al. 2001; Suresh et al. 2009; Singh et al. 2010; Alamu et al. 2010).

However, coconut oil still cannot be applied directly as non-premixed in diesel engine because of several disadvantages such as high viscosity, low volatility, composed mostly by unsaturated long-chain fatty acid with low reactivity, preheating necessity, atomization and particle emissions (Recep et al. 2001;

Ayhan 2009). It would be very useful if the coconut oil can be burned in premixed flame. In that case, the oil must be vaporized before injection into combustion chamber.

The disadvantages of coconut oil are also caused by its multi-component which consists of various fatty acids with different properties and glycerol which is highly hygroscopic (Benjapornkulaphong et al. 2009). These complicate the premixed flame behavior and, therefore, intensive studies are needed.

Several studies had been conducted with various fuel compositions. The behavior of premixed flame extinction and the laminar burning velocity had been widely investigated on multi-component fuel in experimental and numerical study (Qiao et al. 2010). Liquid petroleum gas fuel was used to investigate cellular flame formation under the effect of thermal diffusivity instability and laminar flame speed at different equivalence ratio (Abdulwahid et al. 2009). Liquid petroleum gas fuel had the composition of 40%

Citation: Wirawan, I.K.G., Wardana, I.N.G., Rudy Soenoko, & Slamet Wahyudi (2013) Premixed Combustion of Coconut Oil on Perforated Burner. Int. Journal of Renewable Energy Development, 2(3), 133-139

P a g e | 134


propane (C3H8) and 60% butane (C4H10) with oxidizer is environment air. The study which aims to clarify the laminar burning velocity, Markstein length, and cell formation had been conducted (Vu et al. 2011). The effects of Lewis number on the burning intensity of Bunsen flame had been investigated (Mizomoto & Yoshida 1987).

This paper discusses the premixed flame behavior of multi-component vegetable oil composed by fatty acids and glycerol. The analysis is stressed on laminar burning velocity of perforated flame and secondary Bunsen flame-open tip, cellular and triple flame which provide wider theoretical benefits in premixed combustion of vegetable oil.

2. Experiments

The experimental study on premixed combustion of coconut oil was carried out in an experimental apparatus shown schematically in Fig.1. The coconut oil was evaporated in a boiler with steam temperature kept constant at 160oC. The oil steam from boiler was mixed with air from compressor at mixing chamber with equivalent ratio (φ) varied from lean (φ=0.45) to rich mixture (φ=1.75). Lean mixture is range below φ=0.90 and rich is above 1.14 while nearly stoichiometric is between φ=0.90 to 1.14. The reactant then flows into nozzle before it was ignited to form premixed flame at perforated plate installed on the top of the nozzle.

The perforated plated was installed to utilize thermal contact resistant for preserving temperature distribution which is more uniform in entire surface of the plate and ensure the uniformity flow for coconut oil with air during the combustion process. Perforated plate was made from steel and designed with geometrical matrix with 19 holes. The diameter of each

hole was 2.5 mm and the distance between holes was 3.75 mm.

The flame image was captured by camera in four experimental conditions: (1) premixed flame of coconut oil in contact with surrounding ambient air, (2) premixed flame of coconut oil shielded from surrounding ambient air, (3) premixed flame of coconut oil without glycerol in contact with surrounding ambient air, and (4) premixed flame of coconut oil without glycerol shielded from surrounding ambient air.

The coconut oil used in this experiment consists of 85% fatty acid and 15% glycerol. The component of fatty acids in coconut oil is listed in Table 1. Most of the components are saturated medium-chain fatty acids. Only less than 10% are unsaturated long-chain with spontaneous combustion characteristics.

The reaction of coconut oil with the oxidizer was estimated by simple molar analysis described with equation 1 and equation 2 as follows:

C13.26H26.52O2 +18.89(O2+3.76N2) 13.26CO2 + 13.26H2O + 71.03N2 (1) C3H5(OH)3 + 3.5(O2+3.76N2) 3CO2 + 4H2O+13.16N2 (2)

The equation 1 is the combustion reaction of

equivalent fatty acids molecule from present data in table 1 and equation 2 is that of glycerol. From equation 1 and 2 the stoichiometric air fuel ratio (AFRstoic) of coconut oil was 10.91 gram air/ gram fuel. In coconut oil without glycerol the AFRstoic was 11.91 gram air/ gram fuel. The equivalent ratio (φ) was calculated as the ratio of stoichiometric air fuel ratio and actual air fuel ratio.

Fig. 1 Experimental apparatus



Table 1 Coconut oil composition from many references

3. Result and Discussion

The flame behavior at various equivalent ratios is presented in Fig.2 to Fig.6. Fig. 2 shows premixed flame of coconut oil with glycerol. Glycerol is intensively burned at φ from 0.93 until 1.14 (Wardana 2010), which is within stoichiometry. At rich mixture (φ = 1.61) the amount of glycerol burned is reduced because being far from the stoichiometry. It is shown from the top view in Fig. 3 that there are two flames structure: perforated Bunsen flame with secondary Bunsen open-tip flame at lean mixture (Fig. 3a) and triple flame with cellular flame at very rich mixtures (Fig. 3b).

When flame of coconut oil with glycerol was isolated from surrounding ambient air as shown in Fig. 4, perforated Bunsen flame takes place at φ 0.45 to 0.66. From φ 0.54 to 0.80 secondary Bunsen flame with open-tip occurs at downstream of the perforated Bunsen flame. Flame tends to extinct above φ = 0.93. This phenomenon indicates that coconut oil with glycerol needs large number of air or very lean mixture to perform flame so that its stability is greatly influenced by the ambient air.

The cause of cellular flame, secondary open-tip Bunsen flame, triple flame and flame extinction was elucidated by removing glycerol from the oil by hydrolysis process at a temperature of 300oC for 15 minutes (Alenezi et al. 2009; Wang et al. 2012). Flame of coconut oil without glycerol is shown in Fig. 5. The island cellular with triple flame which occurs at coconut oil with glycerol disappears and changes into petals cellular without triple flame at φ = 1.24 while perforated flame and secondary Bunsen flame with open-tip are still present. When flame was isolated from surrounding ambient air as shown in Fig. 6, flame is

stable from lean (φ = 0.66) until rich mixture (φ = 1.75). Flame of coconut oil without glycerol did not undergo extinction.

Fig. 2 Flame structure of coconut oil with glycerol

Fig. 3 Top view of: (a) perforated Bunsen flame with secondary Bunsen open tip flame, φ = 0.72; (b) Triple flame with cellular flame,

φ = 1.61


P a g e | 136


Fig. 4 Flame shapes of coconut oil with glycerol isolated from ambient air

From those data it can be concluded that coconut

oil with glycerol need very large number of air to burn glycerol due to its hygroscopic properties. When the concentration of air in the reactant is low or the mixture is rich glycerol causes the formation of the triple flame, cellular flame, and the extinction. Since the open tip of Bunsen flame always takes place at coconut oil with and without glycerol, it may be caused by any mechanism which will be discussed latter on. Booth glycerol and long-chain fatty acids produce cellular flame of different types which will also be discussed afterward.

Fig. 5 Flame shape of coconut oil without glycerol

Fig. 6 Flame shapes of coconut oil without glycerol isolated from surrounding ambient air

3.1 Laminar Flame Velocity

Reactant velocity (v) is described in equation (3).

v=QFuel+ QAir

Ab (3)

where: Q fuel is volume flow rate of fuel, Q air is volume flow rate of air, and Ab is burner cross section area. Laminar flame speed (SL) can be estimated by using equation (4) as:

αv=SL .sin (4)

where: α is the half angel of the Bunsen flame cone tip.

`

Fig. 7 Laminar burning velocity of coconut oil versus equivalence ratio



Fig. 8 Laminar burning velocity of coconut oil versus equivalence ratio isolated from ambient air

Fig.7 shows SL of coconut oil estimated from Fig.2 and Fig. 5 by using equation 4. It is seen that SL of coconut oil perforated flame at very lean mixture almost equal as that of hexadecane flame at stoichiometry. As φ is increased SL of perforated flame decreases and the flame started to disappears at φ= 0.93. The secondary Bunsen flame takes place at the downstream of perforated flame from φ=0.80 with SL

lower than that of perforated flame which also decrease with increasing φ. Without glycerol, perforated flame start to take place at a slightly larger φ with SL became higher. Maximum SL still occurs at lean mixture that is higher than that of hexadecane (Chaos et al. 2005) but nearly the same as that of ethanol (Broustail et al. 2011). The SL tends to decrease with increasing φ. The flame is still stable even in the form of secondary Bunsen flame until the mixture is very rich. This shows that flammability limit of coconut oil is much wider than that of the conventional fossil fuel.

Fig. 8 shows SL of coconut oil estimated from Fig.4 and Fig. 6. It can be seen at Fig. 8 that when the flame is isolated from ambient air the SL of perforated flames reached the highest and even higher than that of ethanol (Broustail et al. 2011) at very lean mixture (φ =0. 45). As φ is increased the SL decreases and the perforated flame disappear from φ =0.66 while the secondary Bunsen flame starts to take place at the downstream of perforated flame from φ =0.54 with SL

tends to increase following the trend of that of hexadecane (Chaos et al. 2005). The flame starts to extinct when φ is nearly one or more. When the glycerol is removed from the oil the perforated flame start to form from φ =0.72 with SL higher than that with glycerol. The SL decreases with increasing φ. The flame is still stable in the form of perforated flame until the

mixture become very rich (φ =1.61). Again, this shows that glycerol need much air to burn so that it is stable at very lean mixture while fatty acids which are multi-components is stable at higher φ up to very reach mixture.

3.2 Secondary Bunsen Flame with Open Tip

At very lean mixture the number of air in the mixture is sufficient for complete combustion. SL is high and the Bunsen flame occurs on each hole of perforated nozzle. As φ is increased the fraction of fuel in the mixture increases which absorb more energy for igniting the mixture. Consequently SL of longer-chain saturated fatty acids (palmitic and stearic acids) and glycerol is so low that results in secondary Bunsen flame in the downstream of perforted flame.

Fig. 9 Secondary Bunsen Flame Open Tip: (a) coconut oil with glycerol

φ = 1.14, (b) oil without glycerol φ = 1.24


P a g e | 138


For SL is much lower than mixture velocity the secondary Bunsen flame tends to stretch which cause open tip. At higher φ saturated longer-chain fatty acids and glycerol become difficult to burn and eventually escaped toward product zone to produce a yellow sooty diffusion flame in the tip of the flame. It is clearly seen from Fig. 9a that the open tip formation in the flame of coconut oil with glycerol at φ = 1.14 is mainly caused by unburned glycerol that escapes into product zone. At coconut oil without glycerol (Fig. 9b) the open tip at φ = 1.24 is caused by long chain saturated fatty acids. This indicates that glycerol needs more air to burn than long-chain fatty acids. The open tip Bunsen flame mechanism made by both of escaped unburn fuel and pollutant is based on the Damkohler number concept (Ishizuka & Sakai 1986).

3.3 Cellular Flame

Fig. 10 shows detailed structure of cellular flame of coconut oil with glycerol (Fig. 10a) and that of coconut oil without glycerol (Fig. 10b). Cellular flame occurs in unstable combustion process due to insufficient heat for burning of fuel, that is, in Lewis number (Le) much smaller than 1. In Fig. 10a cellular flame in combustion process of coconut oil with glycerol exists at rich mixture (φ =1.14) where the number of air in the mixture is small not enough for burning of glycerol. Therefore, glycerol escapes to product zone becoming diffusion flame. Radiant heat from diffusion flame of glycerol serve heat energy for fast burning of medium-chain fatty acids (see Table 1) but it is not enough to burn the long-chain of fatty acid in the multi-component that compose the oil. This process results in island cellular flame on the perforated plate. This phenomenon is similar with that reported in Kadowaki et al. (2011). When glycerol is removed from the oil radiant heat from glycerol flame disappears. The long and medium chain fatty acids produce petals cellular flame in the Bunsen flame as shown in Fig. 10b. This result is similar with that discussed in Wang et al. (2009).

Fig.10 Cellular formation on (a) coconut oil with glycerol φ = 1.14, (b) coconut oil without glycerol φ = 1.24

Fig.11 Form of coconut oil with glycerol flame at φ = 1.61

3.4 Triple Flame

In Fig. 2 triple flame of coconut oil is formed at rich mixture from φ = 1.14 to 1.61. Fig. 11 shows detail structure of triple flame of coconut oil with glycerol at φ = 1.61. The flame composed by rich premixed flame (RPF) at upstream region, diffusion flame in the middle, and lean premixed flame (LPF) in the downstream region. The structure comes from combustion process of coconut oil at rich mixture which produces rich premixed flame. Glycerol in coconut oil is difficult to be burnt at reaction zone since the air is not sufficient and it escapes to the product zone becoming diffusion flame. The diffusion flame both cannot expand from reaction zone because of fuel deficiency and cannot move toward reaction zone because of air deficiency. The inability of diffusion flame propagation causes free convection in the downstream region which pumps the cool air towards the reaction zone to meet and react with the rich premixed flame to produce lean premixed flame in the downstream region. Triple flame will be created by recirculation of hot gas free convection in lean premixed area or unsteady flame occur when hot gas travelling downstream as found by Jime´nez & Cuenot (2007).

4. Conclusion

Coconut oil premixed combustion behavior has been studied experimentally on perforated burner with φ varied from very lean until very rich. The results showed that at very lean mixture Bunsen flame is performed on every hole of perforated plate and their average laminar burning velocity reaches the highest, even it is higher than ethanol flame.

When φ is increased the secondary Bunsen flame with open tip occurs from φ =0.54 at the downstream of perforated flame. Perforated flame speed decreases and it disappears at φ = 0.66 while the secondary Bunsen flame velocity increased following that of hexadecane



flame trend. The secondary Bunsen flame extincts when the equivalence ratio reaches one or more.

External air causes flame velocity decrease, shifts flame stable into richer mixture, and performs triple and cellular flames. The radiation heat energy from glycerol diffusion flame performs islands cellular flame on perforated hole.

Without glycerol, laminar flame velocity becomes higher and more stable as perforated flame at higher φ. At reach mixture the Bunsen flame becomes unstable and performs petal cellular flame.

Acknowledgment

This research is supported by The General Directorate of Higher Education (DIKTI) with contract number 175.35/UN14.2/PNL.01.03.00/2013 via Institute for Research and Community Services (LPPM), Udayana University Bali, Indonesia. The gratitude also gives to the Professor Takanobu Inoue from Toyohashi University of Technology.

References

Abdulwahid, M., Saqr, K. M., Sies, M.M. and Ujir, H. (2009) Diffusive thermal instabilities of C4H10-C3H8 /air laminar premixed flames. Diffusion-fundamentals.org, 9(8), 1-8.

Alamu, O.J., Dehinbo, O. and Sulaiman, A.M. (2010) Production and testing of coconut oil biodiesel fuel and its blend. Leonardo Journal of Sciences, 16, 95-104.

Alenezi, R., Leeke, G.A., Santos, R.C.D. and Khan, A.R. (2009) Hydrolysis kinetics of sunflower oil under subcritical water conditions. Chemical Engineering Research and Design, 87, 867-873.

Ayhan, D. (2009) Progress and recent trends in biodiesel fuels. Energy Conversion and Management, 50, 14–34.

Benjapornkulaphong, S., Ngamcharussrivichai, C. and Bunyakiat K. (2009) Al2O3-supported alkali and alkali earth metal oxides for transesterification of palm kernel oil and coconut oil. Chemical Engineering Journal, 145, 468-474.

Bouaid, A., Martínez, M. and Aracil, J. (2010) Biorefinery approach for coconut oil valorisation: A statistical study. Bioresource Technology, 101, 4006–4012.

Broustail, G., Seers, P., Halter, F., Moréac, G. and Mounaim-R.C. (2011) Experimental determination of laminar burning velocity for butanol and ethanol iso-octane blends. Fuel, 90, 1-6.

Chaos, M., Kazakov, A., Dryer, F.L., Zhao, Z. and Zeppieri, S.P. (2005) High temperature compact mechanism development for large alkanes: n-hexadecane. 6th International Conference on Chemical Kinetics.

Ishizuka S. And Sakai Y. (1986) Structure and tip-opening of laminar diffusion flames. Twenty-first Symposium (International) on Combustion/The Combustion Institute, 1821-1828.

Jime´nez , C. and Cuenot, B. (2007) DNS study of stabilization of turbulent triple flames by hot gases, Proceedings of the Combustion Institute, 31, 1649-1656.

Kadowaki, S., Takahashi, H. and Kobayashi H. (2011) The effects of radiation on the dynamic behavior of cellular premixed flames generated by intrinsic instability. Proceedings of the Combustion Institute, 33, 1153-1162.

Kratzeisen, M. and Müller, J. (2010) Influence of free fatty acid content of coconut oil on deposit and performance of plant oil pressure stoves. Fuel, 89, 1583-1589.

Kumar, G., Kumar, D., Singh, S., Kothari, S., Bhatt, S. and Singh C.P. (2010) Continuous low cost transesterification process for the production of coconut biodiesel. Energies, 3, 43-56.

Llamas, A, García-Martínez, M-J., Al-Lal, A-M., Canoira, L. and Lapuerta, M. (2012) Biokerosene from coconut and palm kernel oils: Production and properties of their blends with fossil kerosene. Fuel, 102, 483-490.

Machacon, H.T.C, Shiga, S., Karasawa, T. and Nakamura H. (2001) Performance and emission characteristics of a diesel engine fueled with coconut oil-diesel fuel blend. Biomass and Bioenergy, 20, 63-69.

Mizomoto, M. And Yoshida, H. (1987) Effects of Lewis number on the burning intensity of Bunsen flames. Combustion and Flame, 70, 47-60.

Palash, S.M., Kalam, M.A., Masjuki, H.H., Masum, B.M., Fattah, I.M.R. and Mofijur M. (2013) Impacts of biodiesel combustion on NOx emissions and their reduction approaches. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 23, 473-490.

Qiao, L., Gan, Y., Nishiie, T., Dahm, W.J.A. and Oran, E.S. (2010) Extinction of premixed methane/air flames in microgravity by diluents: Effects of radiation and Lewis number. Combustion and Flame, 157, 1446-1455.

Recep, A., Selim, C. and Huseyin, S. (2001) The potential of using vegetable oil fuels as fuel for Diesel engine. Energy Conversion and Management, 42, 529-538.

Satyanarayana, M. and Muraleedharan, C. (2011) A comparative study of vegetable oil methyl esters (biodiesels). Energy, 36, 2129-2137.

Singh, P.J., Khurma, J. and Singh A. (2010) Preparation, characterization, engine performance and emission characteristics of coconut oil based hybrid fuels. Renewable Energy, 35, 2065-2070.

Suresh, R, Prasad, B.D, Raman, S.M. and Nibin T. (2009), Emission Control for a Glow Plug Direct Injection CI Engine Using Preheated Coconut Oil Blended Diesel. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 4 (8), 82-86

Vu, T.M., Park, J., Kim, J.S., Kwon, O.B., Yun, J.H., Keel, S.I. (2011) Experimental study on cellular instabilities in hydrocarbon/hydrogen/carbon monoxide-air premixed flames. International Journal of Hydrogen Energy, 36, 6914-6924.

Wang, W-C., Thapaliya, N., Campos A., Stikeleather, L. and Roberts, W.L. (2012) Hydrocarbon fuels from vegetable oils via hydrolysis and thermo-catalytic decarboxylation. Fuel, 95, 622–629.

Wang, Y., Hu, S. and Pitz, R.W. (2009) Extinction and cellular instability of premixed tubular flames. Proceedings of the Combustion Institute, 32, 1141-1147.

Wardana, I.N.G. (2010) Combustion characteristics of jatropha oil droplet at various oil temperatures. Fuel, 89, 659-664.

Yuan, W., Hansen, A.C. and Zhang Q. (2005) Vapor pressure and normal boiling point predictions for pure methyl esters and biodiesel fuels. Fuel, 84, 943-950.

CATATAN HARIAN (logbook) No Tanggal Kegiatan 1 3-5 jan. 2013 Pembuatan ketel 2 7-9 jan. 2013 Pembuatan flowmeter 3 14-15 jan. 2013 Pembuatan Perforated Plate 4 21-23 jan. 2013 Pembuatan Burner 5 4 peb. 2013 Pengecekan kompresor, Pemasangan selang di flowmeter 6 5 peb. 2013 Set up alat penelitian 7 6 peb. 2013 Pengambilan data 8 7-11 peb. 2013 Perbaikan ketel, karena bocor 9 12 peb. 2013 Perbaikan sambungan selang flowmeter uap 10 13 peb. 2013 Pengambilan data 11 14-16 peb. 2013 Pembuatan ketel di ulang 12 18-19 peb. 2013 Pembuatan pengaman alat penelitian 13 20 peb. 2013 Pengambilan data 14 21 peb. 2013 Pengambilan data 15 25-28 peb. 2013 Pengolahan Data 16 1-4 mar. 2013 Pengolahan Data 17 5 mar. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs ind. 18 6 mar. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs ind. 19 15 mar. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs ind. 20 22 mar. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs ind. 21 30 mar. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs ind. 22 3 apr. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs ind. 23 4 apr. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs ind. 24 10 apr. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs ind. 25 11 apr. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs ind. 26 19 apr. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs ind. 27 22 apr. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs ind. 28 3 mei 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs ind. 29 7 mei 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs ind. 30 17 mei 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs inggris. 31 20 mei 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs inggris. 32 27 mei 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs inggris. 33 28 mei 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs inggris. 34 5 jun. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs inggris. 35 7 jun. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs inggris. 36 18 jun. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs inggris. 37 19 jun. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs inggris. 38 1 jul. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs inggris. 39 2 jul. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs inggris. 40 8 jul. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs inggris. 41 15 jul. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs inggris. 42 17 jul. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs inggris. 43 18 jul. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs inggris. 44 30 jul. 2013 Penulisan/bimbingan jurnal dalam bhs inggris. 45 2 ags. 2013 Submit International Journal 46 9 ags. 2013 Gambar kalibrasi flowmeter unt laporan kemajuan

47 19 ags. 2013 Laporan Kemajuan. Penulisan Bab 3 48 22 ags. 2013 Laporan Kemajuan. Penulisan Bab 3 49 28 ags. 2013 Laporan Kemajuan. Bab 1, 2, 4,5, Daftar isi. 50 29 ags. 2013 Laporan Kemajuan. Daftar pustaka. 51 5 sep. 2013 Kompilasi laporan kemajuan. 52 13 sep. 2013 Revisi jurnal 53 18 sep. 2013 Upload revisi jurnal 54 3-16 okt. 203 Pembuatan laporan akhir disertasi Doktor 55 3 nop. 2013 Jurnal sudah online di www.ijred.com

Denpasar, 6 Desember 2013

I Ketut Gede Wirawan

PENELITIAN DISERTASI DOKTOR - simdos.unud.ac.id

Documents

Transcript of PENELITIAN DISERTASI DOKTOR - simdos.unud.ac.id