CHARACTERISTICS OF DETONATION WAVE PROPAGATION BEHIND POROUS MEDIA MODEL

JANNATI ADNIN T, Dr. Eng. Jayan Sentanuhady, S.T., M. Eng.

2014 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Liquefied Petroleum Gas (LPG) Pertamina merupakan salah satu bahan bakar yang paling banyak digunakan di Indonesia baik untuk kebutuhan rumah tangga dan industri. Pembakaran LPG dapat menimbulkan gelombang detonasi apabila terjadi kecelakaan. Detonasi dapat membahayakan manusia dan lingkungan di sekitar sistem pembakaran LPG, sehinga pengendalian (quenching) detonasi untuk menjamin keselamatan menjadi sangat penting. Media porous memiliki rasio luas permukaan-volume tinggi yang dibutuhkan untuk proses quenching detonasi. Oleh sebab itu, penelitian ini bertujuan untuk menginvetigasi karakteristik gelombang detonasi setelah merambat melalui model media porous. Eksperimen ini menggunakan Pipa Uji Detonasi (PUD) dengan diameter dalam 50 mm dan total panjang 6 m. PUD terdiri dari dua bagian: bagian driver sepanjang 1 m dan bagian driven sepanjang 5 m. Bagian driver dan driven dipisahkan dengan lapisan mylar untuk mencegah bercampurnya gas di dalam masing-masing bagian, yang berisi gas yang berbeda dan dengan tekanan yang berbeda. Bagian driver diisi dengan campuran hidrogen-oksigen stoikiometris dengan tekanan awal konstan yang berfungsi sebagai direct initiator detonasi pada bagian driven. Sedangkan bagian driven diisi dengan campuran LPG-oksigen dan LPG-udara stoikiometris dengan nilai tekanan awal divariasikan dari 20 kPa hingga 100 kPa dengan interval 10. Media porous stainless steel dengan massa 15 g dan 20 g dimasukkan ke dalam casing silinder yang memiliki lubang-lubang kecil di kedua permukaannya untuk memungkinkan gelombang detonasi merambat melalui casing tersebut. Observasi terhadap gelombang detonasi dilakukan pada bagian upstream dan downstream dari model. Dua mekanisme perambatan gelombang detonasi berhasil diobservasi pada downstream dari model media porous ketika pembakaran campuran LPG-oksigen, yaitu: (a) detonation reinitiation dan (b) detonation transmission. Sedangkan campuran LPG-udara diketahui tidak dapat menimbulkan gelombang detonasi. Lebih lanjut, kenaikan massa media porous stainless steel sebesar 5 g hanya meningkatkan reinitiation distance detonasi secara signifikan untuk campuran dengan nilai tekanan awal rendah, 20 kPa hingga 50 kPa. Kenaikan massa ini tidak mempengaruhi reinitiation distance detonasi secara signifikan pada campuran dengan nilai tekanan awal tinggi, 60 kPa hingga 100 kPa.

Liquefied Petroleum Gas (LPG) produced by Pertamina is one of the most used fuels in Indonesia both for household and industrial need. Combustion of LPG could generate detonation wave if an accident occurs. This condition could harm people and environment in the surroundings of LPG combustion system; thus, detonation quenching to guarantee safety becomes very important. Porous media has high surface area to volume ratio that is important for quenching process. Therefore this research is aimed to investigate characteristics of detonation wave after propagating through porous media model. The experiments used detonation test tube with 50 mm of inner diameter and 6 m of total length. The test tube consists of two section, 1 m long driver section and 5 m long driven section. Driver section and driven section are separated by mylar film to prevent mixing between driver gas and driven gas which consists different gas mixture with different pressure. The driver section contained stoichiometric hydrogen-oxygen mixture at constant initial pressure which functioned as direct initiator for detonation in driven section. On the other hand, the driven section contained stoichiometric mixture of LPG-oxygen and LPG-air at initial pressure varied from 20 kPa to 100 kPa with interval 10. Stainless steel porous media with masses of 15 g and 20 g were inserted in a cylindrical case which has perforated small holes on its cross-sectional surface to enable detonation wave to propagate through it. Observation of detonation wave propagation was done at upstream and downstream of the model. Two mechanisms of detonation wave propagation were observed in the downstream of porous media model for combustion of LPG-oxygen mixture; they are: (a) detonation reinitiation and (b) detonation transmission. However, the LPG-air mixture could not generate detonation wave. In addition, the 5 g increment of the stainless steel porous media mass only significantly increase the reinitiation distance of detonation (Dri ) for mixture with low initial pressure, 20 kPa up to 50 kPa. In contrast, it does not significantly influence the reinitiation distance of detonation for mixture with high initial pressure, 60 kPa to 100 kPa.

Kata Kunci : Liquefied Petroleum Gas, Detonasi, Quenching Detonasi, Media Porous