Gelombang Detonasi Marginal Campuran Bahan Bakar Hidrogen, Oksidizer Udara dan Oksigen dengan Pengencer Argon

ARI DWI PRASETIYO, Dr. Eng. Jayan Sentanuhady, ST., M.Eng.

2014 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Pada proses pembakaran (combustion), gelombang detonasi terbentuk ketika gelombang pembakaran (reaction wave) berhimpit dengan gelombang kejut (shock wave) pada kecepatan supersonik. Shock wave yang memiliki tekanan tinggi, akan sangat berbahaya bagi keselamatan manusia apabila kecelakaan detonasi terjadi. Dalam kondisi campuran kaya (rich mixtures) maupun miskin (lean mixtures), gelombang detonasi masih mungkin dapat merambat dengan hanya menggunakan satu cell detonasi saja. Dengan mengetahui batasan detonasi di daerah marginal, akibat-akibat kecelakaan karena detonasi dapat dihindarkan atau diminimalisir. Pada eksperimen ini berbagai variasi konsentrasi campuran gas hidrogen dengan oksidiser udara dan oksigen digunakan sebagai campuran bahan bakar utama dan ditambahkan gas argon untuk mengendalikan laju reaksi. Campuran bahan bakar tersebut di uji pada pipa uji detonasi berpenampang lingkaran yang telah dilengkapi sensor tekanan dan ionisasi untuk memperoleh karakteristik gelombang pembakaran. Hasil eksperimen memperlihatkan karateristik kenaikan tekanan dan kecepatan shock wave pada detonasi marginal cenderung lebih rendah dibandingkan detonasi ordinari. Hal ini terlihat pada kasus campuran bahan bakar hidrogen udara, dimana kenaikan tekanan hanya mencapai 11,56 kali tekanan awal dan kecepatan mencapai 0,76 Vcj. Berbeda halnya pada detonasi ordinari dimana nilai tekanan dapat mencapai 15,16 kali tekanan awal dan kecepatan mendekati nilai Vcj yaitu 0,92 Vcj. Penambahan gas argon kedalam campuran bahan bakar akan mempersempit batasan daerah marginal sebagai akibat penurunan laju reaksi pembakaran. Kata kunci: Pembakaran, Detonasi, Marginal, Gelombang Pembakaran, Gelombang Kejut

In the combustion process, detonation wave is generated when the reaction wave coincides with the shock wave at supersonic speed. Shock wave propagated at high pressure, it would be dangerous to human if detonation accidents occur. In conditions of rich mixture or lean mixture, the detonation wave may propagate by using one detonation cell only, this condition is usually called as detonation marginal. By knowing the detonation limits in marginal areas, the consequences of an accident due to detonation can be avoided or minimized. In these experiments, various concentrations of hydrogen gas mixture with air and oxygen oxidizer is used as the main fuel and argon added to control the reaction rate. The fuel mixture in the circular cross section of detonation test tube is at room temperature condition and an initial pressure of 100 kPa. The experimental results showed characteristics of shock wave velocity and pressure on marginal detonation lower than the Ordinary. This is seen in the case of hydrogen fuel air mixture, which the pressure reaches 11.56 times from the initial pressure and velocity reaches 0.76 VCJ. The ordinary detonation pressure value can reach 15-16 times from the initial pressure and velocity approaching the value of 0.92 VCJ. The addition of argon gas into the fuel mixture will narrow limits marginal areas as a result of a decrease in the rate of the combustion reaction. Keyword: Combustion, Detonation, Marginal, Reaction Wave, Shock Wave

Kata Kunci : Pembakaran, Detonasi, Marginal, Gelombang Pembakaran, Gelombang Kejut; Combustion, Detonation, Marginal, Reaction Wave, Shock Wave