SIMULASI CFD PADA RUANG BAKAR TURBIN GAS MIKRO BIOENERGI PROTO X-3 UNTUK BAHAN BAKAR BIOGAS DAN LPG

Abstract

Ruang bakar memegang peranan penting pada sebuah mesin penggerak mula karena energi yang dihasilkan dari proses pembakaran di dalamnya menentukan besarnya daya yang dibangkitkan. Mengetahui secara lengkap proses yang terjadi di dalam ruang bakar akan membantu dalam mendesain ruang bakar yang optimum dan menigkatkan efisiensi pemakaian bahan bakar. Melakukan pengukuran langsung terhadap kondisi gas di dalam ruang bakar saat terjadi proses pembakaran adalah sangat sulit karena keterbatasan alat ukur dan proses pembakaran yang berlangsung pada suhu tinggi, selain biaya yang tinggi untuk membuat peralatan percobaan dan juga waktu percobaan yang lebih lama. Untuk mengatasi permasalahan tersebut maka dapat dilakukan percobaan dengan simulasi numerik menggunakan metode CFD (Computational Fluid Dynamics). Telah dilakukan simulasi pada ruang bakar prototipe sistem turbin gas mikro bioenergi Proto X-3, yaitu turbin gas mikro yang didesain untuk aplikasi bangunan hijau (green building), dengan menggunakan dua jenis bahan bakar gas, yaitu biogas dan LPG. Tujuannya adalah untuk mengetahui karakteristik kedua bahan bakar tersebut pada saat berlangsungnya proses pembakaran di ruang bakar turbin gas mikro, baik dari segi distribusi temperatur, konsumsi bahan bakar dan konsentrasi gas buang. Simulasi dilakukan dengan menggunakan model turbulen standar (STD) k-ε untuk aliran gas dan model laju hingga/terbatas dan disipasi eddy untuk proses pembakaran. Besarnya energi pembakaran dari bahan bakar adalah 100 kJ/s dimana cukup untuk memutar turbin gas mikro hingga putaran 80.000 rpm. Temperatur tertinggi di dalam ruang bakar diperoleh pada bahan bakar biogas sebesar 1698 K, sedangkan untuk bahan bakar LPG adalah sebesar 1662 K. Temperatur keluar ruang bakar untuk biogas lebih tinggi, yaitu sebesar 1600 K sedangkan bahan bakar LPG hanya 1450 K. Untuk emisi gas buang, fraksi massa CO₂ yang dihasilkan oleh biogas lebih tinggi yaitu sebesar 0,38 dibandingkan bahan bakar LPG sebesar 0,14. Sehingga untuk emisi gas buang CO₂, bahan bakar LPG lebih bersih.