Lean Combustion Dan Flameless Combustion [PDF]

Citation preview

LEAN COMBUSTION DAN FLAMELESS COMBUSTION



PENDAHULUAN Pada era yang semakin maju dunia otomotif juga berkembang pesat, dimana pada awalnya dunia otomotif menggunakan mesin yang masih menyebabkan efek yang kurang baik terhadap lingkungan dimana emesi dari pembakaran masih sangat tinggi. Namun semakin kedepan dunia otomotif sangat berkembang pesat dimana mesin-mesin yang digunakan bisa lebih ramah lingkungan. Para insinyur berinovasi dengan mengembangkan teknik pembakaran agar dalam pembakarnnya bisa mengurangi emisi yang terbuang sehingga bisa lebih ramah lingkungan. Dalam hal ini ada beberapa teknik pembakaran seperti Lean Combustion dan Flameless Combustion. ISI Teknik dari lean combustion memastikan bahwa pembakaran yang dilakukan dengan bersih dengan cara mengontrol pembakaran tersebut. Mesin yang dibuat ini memiliki kopresi yang tinggi sehingga dapat meberikan efisiensi yang tinggi. Maka dari itu biasanya menggunakan bahan bakar yang lebih rendah dan hidrokarbon yang lebih rendah pula, maka dari itu diperlukan alat untuk mengurangi Nox yang terjadi alat tersebut bernama catalsytic converter. Mesin beroperasi pada kondisi stokiometrik, dengan AFR tertentu akan tetapi kenyataannya mesin kadang tidak beroperasi pada AFR yang sesuai kadang lebih rendah dan tinggi hal tersebut bergantung pada kecepatan dan beban pada waktu yang diberikan. Pada kondisi bahan bakar melebihi suplai udara maka mesin akan menghasilkan asap yang banyak dan membuat boros bahan bakar, bahkan Rich Fuel Mixture akan membuat keausan pada komponen mesin. Sebaliknya pada Lean Mixture akan menghasilkan panas yang berlebih bahkan bisa menyebabkan knocking pada mesin. Sebuah keuntungan dari lean burn engine adalah kemampuan sistem memonitor campuran bahan bakar, maka dari itu mesin dengan sistem ini dapat menggunakan bahan bakar dengan kualitas yang fleksibel. Terkadang terdapat juga sensor O2 pada header knalpot yang memonitor sisa O2 pada pembakaran dan mengatur ulang campuran bila perlu.



Berikut merupakan contoh mobil yang sudah mengaplikasikan teknologi lean burn combustion dari Toyota: Toyota lean-burn engine applications Unladen weight Years Model Engin kg lbs e



gal US



km



1984



15.



1056 656



Carina



4A-E



950



Fuel consumption, Japan Fuel 10-15 mode capacity L/10 km/L mp mpg L gal 0 km g US UK UK 2100 5.6 17.0 50 41 6 13.2



tank Range mil e



Notes 5spd



–88 1994 –96 1994 –96 1996 – 2001 1996 – 2000 1998 – 2000 1996 –97 1997 – 2002 1997 – 2002



T150 Carina SG-i SX-i Carina SG-i SX-i Carina Si



0 6 0



9 13.2 15. 9



1056 656



manual 5spd manual



4A-FE



1040 2292 5.6



17.6



50



41



7A-FE



1040 2292 5.6



17.6



50



41



6 0



13.2 15. 9



1056 656



5spd manual



7A-FE



1120 2468 5.5



18.0



51



42



6 0



13.2 15. 9



1080 671



5spd manual



Corona Premio E Corona Premio G Caldina FZ CZ Caldina E



7A-FE



1120 2468 5.5



18.0



51



42



6 0



13.2 15. 9



1080 671



5spd manual



3SFSE



1200 2645 5.8



17.2



49



41



6 0



13.2 15. 9



1034 643



Auto



7A-FE



1140 2513 5.6



17.6



50



41



1200 2645 5.6



17.6



50



41



13.2 15. 9 13.2 15. 9



1056 656



7A-FE



6 0 6 0



5spd manual 5spd manual



Spacio



7A-FE



1056 656



Auto



Teknik pembakaran yang dapat mengurangi emisi tidak hanya pada lean combustion tetapi pada flamless combustion juga bisa mengurangi emisi pembakaran. Flameless combustion merupakan teknologi yang baru ditemiu dimana pembakaran tanpa adanya api yang kelihatan sudah sering diamati pada temperatur rendah, akan tetapi penemuan baru ini membuktikan bahwa adanya flameless combustion pada temperatur tinggi diatas 1000˚C. teknologi ini menggunakan teori free jet mixing untuk memaksimalkan hasil pembakaran internal inert (Flue Gas) agar tercampur dengan gas bahan bakar agar menjadi bahan bakar terokondisikan.



Konsep ini sudah di terapkan pada furnance selama lebih dari satu dekade, dimana udara dan bahan bakar (berbentuk gas) dimasukan secara terpisah. Geometri dari ruang pembakaran ditambah dengan aliran berkecepatan tinggi membuat sebuah sirkulasi internal pada hasil pembakaran. Temperatur yang tinggi digunakan untuk menjaga terjadinya resirkulasi hasil



pembakaran agar pembakaran tetap terjadi. Maka api tidak akan menjadi terlihat lagi sementara pembakaran tetap terjadi melalui volume ruang pembakaran. Keuntungan dari proses ini adalah pengoptimalan perpindahan panas, tingkat suara yang dihasilkan, dan tentu penurunannya kada NOx yang terbentuk. Karena menurunkan tingkat oksigen secara lokal dimana oksigen akan larut karena adanya resirkulasi internal yang tinggi maka volumentrik oksigen menjadi 3-15% dengan menghindari temperatur puncak. Profil temperatur yang terjadi pada sistem ini relatif stabil, karena temperatur yang tidak stabil seperti pada preheating akan menghasilkan NOx yang sangat tinggi, karena Nitrogen Oksida yang terbentuk oleh mekanisme termal sangat bergantung kepada temperatur. Saat kadar oksigen direndahkan, maka api akan bertransisi dari visible flame menjadi flameless, gambar menunjukan penurunan oksien sebesar 19% dari kadar total oksigen 21% menjadi 2%.



KESIMPULAN Pada umumnya pembakaran menghasilkan emisi yang tidak baik untuk lingkungan, dengan inovasi tertentu para insinyur berupaya untuk mengurangi emisi tersebut dengan melakukan inovasi dibidang teknik pembakaran. Inovasi tersebut seperti lean combustion dan flameless combustion. Pada lean combustion bertujuan untuk mengurangi emisi yang terjadi akibat pembakarn hidrokarbon emisi tersebut berupa Nox yang dapat merusak lingkungan. Dengan hal itu maka dilakukan teknik pembakaran yang bernama lean combustion dimana pembakaran dikontrol sedemikian rupa sehingga dapat mengurangi emisi tersebut. Pada proses ini kompresi ditingkatkan agar dapat meningkatkan efisiensi pembakaran. Pengaplikasin lean combustion tersbut sangat banyak ditemui seperti pada otomotif toyota. Pada flameless combustion ini berada pada suhu diatas 1000C. Teknologi ini menggunakan teori free jet mixing untuk memaksimalkan hasil pembakaran internal inert (Flue Gas) agar tercampur dengan gas bahan bakar agar menjadi bahan bakar terokondisikan. REFERENSI Lean Combustion https://www.howacarworks.com/technology/lean-burn-engines www.sapub.org/global/showpaperpdf.aspx?doi=10.5923/j.scit.20120201.09 https://www.quora.com/What-is-a-lean-burn-engine Flameless Combustion http://www.esapyronics.com/en/technology/technology-portfolio/flameless-combustion/ http://www.umweltbundesamt.at/fileadmin/site/umweltthemen/industrie/IPPC_Konferenz/Delacr oix.pdf https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261917301228



FLAMELESS COMBUSTION PENDAHULUAN Flameles combustion dikembangkan untuk mengurangi emisi yang terjadi sedangkan dibuat juga untuk menjaga efisiensi termal. Hal ini ditandai dengan ciri-ciri khasnya, seperti emisi polutan yang ditekan, distribusi suhu yang homogen, pengurangan kebisingan dan tegangan termal untuk pembakar dan pembatasan bahan bakar yang lebih sedikit (karena tidak diperlukan stabilitas nyala). ISI Flameless combustion adalah proses pembakaran tanpa menggunakan nyala api sebagai pembakar campuran bahan bakar dan udara. Pada umumnya, pembakaran akan terbentuknya lidah api. Pada lidah api tersebut akan adanya peningkatan suhu yang tajam (di atas 2000 oC), yang dapat menghasilkan NOx dan emisi yang besar, untuk membatasi terjadinya NOx maka pembakaran harus dilakukan dibawah 1400oC, untuk hal tersebut perlu adanya teknik pembakaran untuk mengurangi NOx tersebut dengan cara teknik pembakaran berupa Flameless Combustion. Flameless Combustion merupakan sirkulasi produk pembakaran untuk bergabung dengan bahan bakar dan udara agar reaksi pembakaran yang diperlukan sesuai dengan kebutuhan. Mencampur produk dari pembakaran akan mengurangi konsentrasi reaktan dan meningkatkan suhu sehingga akan mengingkatkan efisiensi. Pemanasan awal udara bukan merupakan prakondisi dari flamless oxidation. Teknik dari flameless oxidation telah dipatenkan diseluruh dunia.



Berikut merupakan hubungan antara tempertatur dengan formasi NOx



Pengaplikasian Flameless Combusstion biasanya ada pada industri-industri seperti industri baja, keramik, kaca, kimia. Hal tersebut agar bisa mengurangi emisi yang terjadi namun bisa meningkatkan efisiensi, sehingga bisa menekan biaya produksi serta bisa mengikuti regulasi dalam pembakaran yang bisa lebih ramah lingkungan. KESIMPULAN Flameless Combustion merupakan salah satu teknik pembakaran yang dapat mengurangi emisi pultan dan bisa meningkatkan efisiensi. Tidak halnya seperti pembakaran yang konvensional yang dapat menyebabkan meningkatnya NOx pada sisa pembakaran, untuk mengurangi NOx maka pembakaran harus berada pada suhu dibawah 1400oC, dalam pengaplikasiannya biasanya dilakukan pada industri-industri besar agar bisa menekan biaya produksi tetapi bisa mengurangi emisi yang terjadi dan bisa meningkatkan efisiensi. REFERENSI http://www.stw.nl/nl/content/flexflox-flameless-combustion-conditions-and-efficiencyimprovement-single-and-multi-burner http://www.bine.info/fileadmin/content/Publikationen/Projekt-Infos/2006/Projekt-Info_072006/Flameless_Combustion.pdf https://commons.erau.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1007&context=mcnair