PENGARUH EQUIVALENCE RATIO DAN TEKANAN AWAL CAMPURAN HIDROGEN-OKSIGEN TERHADAP MEKANISME DEFLAGRATION TO DETONATION TRANSITION (DDT)

M. Zuhnir Piliang, Dr. Ir. Jayan Sentanuhadi, S.T. M.Eng., IPU., ASEAN .Eng

2010 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Penggunaan bahan bakar gas untuk industri maupun masyarakat pada masa mendatang semakin dibutuhkan seiring dengan kebijakan pemerintah mengurangi konsumsi bahan bakar minyak (BBM) dan keterbatasan bahan bakar cair yang berasal dari fossil. Bagi kalangan industri, penanganan produksi gas hidrogen baik selama proses produksi, delivery maupun dalam penyimpanannya merupakan bagian terpenting, mengingat karakteristik gas hidrogen yang sangat reaktif dan mudah terbakar bila bercampur dengan udara. Oleh sebab itu perlu dilakukan penelitian terhadap karakteristik mekanisme pembakaran pada fase transisi dari deflagrasi menjadi detonasi. Penyelidikan tentang proses deflagration-to-detonation transition (DDT) pada pembakaran bahan bakar campuran gas hidrogen-oksigen telah dilakukan di dalam pipa uji detonasi dengan panjang 6 m dan diameter dalam 50 mm, campuran hidrogen-oksigen dengan equivalence ratio yang divariasikan antara 0,5 – 2,0 dan tekanan awal antara 40 – 100 kPa. Kenaikan tekanan selama proses DDT terjadi diamati melalui 2 (dua) buah sensor tekanan, sedangkan perubahan kecepatan perambatan api diamati melalui 2 (dua) buah ion probe yang terpasang pada pipa uji detonasi. Untuk mengetahui jarak detonasi dan ukuran sel detonasi pada bagian dalam pipa uji dipasang soot track record yang berfungsi merekam sel detonasi yang terbentuk setelah proses DDT. Hasil penelitian menunjukkan bahwa equivalence ratio dan tekanan awal campuran bahan bakar gas hidrogen-oksigen mempengaruhi proses atau mekanisme DDT. Jarak DDT lebih pendek dari ignition point pada kondisi campuran yang stoikiometri dan semakin jauh dari ignition point pada campuran miskin dan kaya. Sedangkan peningkatan tekanan awal campuran dapat memperpendek jarak DDT dari ignition point dan akan memperkecil ukuran lebar sel detonasi. Kenaikan tekanan paling tinggi adalah 3500 kPa yaitu 35 kali tekanan awal campuran atau mendekati 2 kali tekanan Chapman-Jouguet,PCJ (1876 kPa) pada kondisi equivalence ratio 2,0. Ukuran sel detonasi yang terbentuk dari proses DDT akan semakin mengecil pada kondisi campuran stoikiometri dimana ukuran sel detonasi rata-rata ? = 0,62 mm dan ukuran sel detonasi akan bertambah besar pada kondisi campuran lean mixtures dan rich mixtures.

The using of fuel gas for industry and society will be needed in the future, it relates to the government policy in reducing of fuel oil consumption as well as considering the limitation of fuel liquid coming from fossil. According to industry business, handling of hydrogen gas production in processing of production, delivery and storage take the most important part because of its characteristic very reactive and flammable when mixed with air. In connection with this matter, therefore the research on the characteristic of the burning mechanism in the transition phase from deflagration to detonation should be done. Deflagration to detonation transition (DDT) is a process of changing from subsonic combustion wave (deflagration) to supersonic combustion wave (detonation). Investigation on the process of DDT of hydrogen-oxygen gas mixture combustion had already been done by using detonation test tube, made up of 6 meters long and 50 millimeter inner diameter, in various mixture. The equivalence ratio rangedfrom 0.5 to 2.0 and the initial pressure range was 40 to 100 kPa. The increase in pressure during the DDT process was observed with two pressure tranducers, while the change in flame speed propagation was observed with two ion probe attached on detonation tube. Soot track record had also been installed to inner part of the detonation tube to obtain DDT distance and detonation cell form after DDT process.The result of research reveals that equivalence ratio and initial pressure influence the process or mechanism of DDT. The distance of the DDT is closer to ignition point at stoichiometri condition and farther at lean and rich mixtures, while increase in initial pressure of mixture can shorten the DDT distance to ignition point and reduce the detonation cells width. The highest increase in pressure at equivalence ratio 2.0 is 3500 kPa, that is 35 times of initial pressure or twice as much as CJ pressure (1876 kPa). The detonation cell formed by DDT process, will be decreased at stoichiometri condition with the average detonation cell λ=0.62 mm and will be increased at lean and rich mixtures condition.

Kata Kunci : Equivalence ratio, DDT, shock wave, reaction wave, detonation cell