Perpustakaan Digital ITB

Penggunaan energi saat ini telah meningkat sebanyak 62% per orang sejak 1965 yang digunakan untuk berbagai keperluan, seperti listrik, transportasi, dan pemanas. Sumber utama dari energi adalah bahan bakar fosil yang menyebabkan polusi udara dan emisi CO2 yang berkontribusi pada pemanasan global dan diperkirakan temperatur naik dari 1,9°C hingga 3,5°C pada 2100. Solusi untuk mengurangi emisi adalah beralih ke energi terbarukan seperti tenaga air, tenaga surya, dan tenaga angin, meskipun terbatas dalam ketersediaan energi. Teknologi turbin gas berbahan bakar ammonia menjadi alternatif yang menarik. Ammonia banyak digunakan dalam berbagai sektor dan produksi ammonia terus meningkat dengan produksi ammonia berjumlah 150 ton metrik pada 2022. Oleh karena itu, ammonia berpotensi sebagai bahan bakar ramah lingkungan untuk energi dan transportasi. Pendekatan ini dapat menjadi solusi efisien dalam menghadapi tantangan energi global dan perubahan iklim. Untuk itu, pada penelitian ini dilakukan pada kondisi aliran putar untuk bahan bakar campuran ammonia dan hidrogen dengan kondisi tekanan atmospheric. Dalam analisis ini menggunakan ruang bakar yang didesain oleh Clean Combustion Research Center (CRCC). Ruang bakar ini menggunakan empat masukan tangensial dan dua masukan aksial untuk mencampurkan bahan bakar dan udara sebelum masuk ke zona pembakaran. Analisis ini bertujuan untuk menentukan mekanisme CHEMKIN pada variasi fraksi ammonia dan equivalence ratio yang memberikan prediksi hasil akurat pada spesies NO dan pengaruh bilangan Reynolds dan bilangan Swirl terhadap bentuk api dan emisi NO yang dihasilkan. Metode yang digunakan adalah metode dinamika fluida komputasional melalui perangkat lunak ANSYS Fluent dengan model turbulensi adalah Reynold Stress Model (RSM) dan Partially Premixed sebagai model pembakaran. Kondisi batas pada bagian masukan berupa laju aliran massa, progress variable, dan fraksi bahan bakar, bagian keluaran berupa tekanan, progress variable dan fraksi bahan bakar, dan dinding menggunakan kondisi adiabatik dan no slip. Dalam simulasi pembakaran ini menggunakan beberapa mekanisme CHEMKIN, yakni GRI-Mech 3.0, Reduced GRI-Mech 3.0, Okafor Mech, dan Otomo Mech untuk fraksi ammonia dalam rentang 0,7 hingga 1,0 dan equivalence ratio dalam rentang 0,4 hingga 1,1. Untuk analisis ini juga dilakukan variasi bilangan Reynolds dalam rentang 5.000 sampai 30.000 dan bilangan Swirl dalam rentang 0,25 sampai 1,5. Hasil numerik yang diperoleh menunjukkan bahwa mekanisme Otomo dengan model pembakaran FGM-Diffusion flamet dan reactor network yang paling akurat dibandingkan mekanisme CHEMKIN dan model pembakaran lainnya dengan selisih relatif rata-rata sebesar 150% terhadap eksperimen. Model ini memiliki akurasi yang paling tinggi pada fraksi ammonia sebesar 0,8 dengan selisih relatif rata-rata sebesar 13% terhadap eksperimen sedangkan, fraksi ammonia sebesar 0,9 dengan selisih relatif rata-rata sebesar 286% terhadap eksperimen. Di lain sisi, variabel pembakaran, seperti pola aliran dan temperatur ini tidak dipengaruhi oleh pemilihan model pembakaran dan mekanisme CHEMKIN. Untuk itu, fraksi ammonia sebesar 0,8 dan equivalence ratio sebesar 1 ini dipilih yang mana merupakan kondisi ini memiliki kestabilan pembakaran yang baik dan sisa bahan bakar yang tidak terbakar sedikit. Dari variasi bilangan Reynolds dan bilangan Swirl geometri ini diketahui bahwa rugi tekanan toal ini meningkat dengan bertambahnya bilangan Reynolds dan bilangan Swirl geometri dengan rugi tekanan total terbesar memiliki nilai 2.980 Pa. Selain itu, untuk pola aliran dan distribusi temperatur ini memiliki bentuk dan nilai yang relatif sama pada daerah injector plane dan untuk emisi NO ini diketahui bahwa bertambahnya bilangan Reynolds ini meningkatkan nilai emisi NO dengan nilai emisi NO terkecil adalah 2.067 ppm.