Kinerja Pembakaran Mikro Sebagai Potensi Pembangkitan Daya

Ketergantungan terhadap bahan bakar fosil merupakan salah satu permasalah energi saat ini. Cadangan bahan bakar fosil dunia harus digunakan dengan hemat dengan cara mengaplikasikan teknologi pembakaran yang selalu diperbaiki dari waktu ke waktu. Banyak penelitian telah dilakukan untuk mengeluarkan energi yang terkandung dalam bahan bakar fosil yang dikenal sebagai bahan bakar hidrokarbon. Liquefied Petroleum Gas (LPG) merupakan salah satu jenis bahan bakar gas dari hidrokarbon yang banyak digunakan dalam aplikasi domestik dan industri. LPG memiliki komposisi Metana = 1,9%, Etana = 4,1%, Propana = 39,9%, n-Butana = 44,98%, n-Pentana = 9,12% dikategorikan sebagai bahan bakar pembakaran lambat yang memberikan kecepatan pembakaran maksimum 57,5 cm/detik. Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) merupakan cabang teknologi baru yang mana didalam istilah umumnya dapat didefinisikan sebagai miniatur dari komponen mekanik dan elektro-mekanik (berupa peralatan dan rangka struktur) yang dibuat dengan menggunakan teknik fabrikasi mikro. Komponen-komponen ini termasuk sensor mikro, aktuator mikro, dan pembangkit listrik mikro yang mengambil keuntungan dari proses pembakaran mikro. Pembakaran mikro diaplikasikan pada perangkat komunikasi militer sebagai sumber listrik pengganti baterai, karena baterai Li-ion terbaik yang tersedia saat ini hanya memiliki kapasitas penyimpanan (dalam bentuk energi kimia yang terkandung) sebesar 1,2 MJ/kg jika dibandingkan dengan hidrokarbon sebesar 45 MJ/kg (Miskam, et.al., 2009). Bahan bakar hidrokarbon memiliki kepadatan energi yang jauh lebih besar daripada baterai modern yang terbaik saat ini. Oleh karena itu, memanfaatkan keuntungan dari kepadatan energi yang tinggi dari bahan bakar kimia untuk menghasilkan tenaga menjadi teknologi alternatif yang lebih menarik dari pada teknologi baterai. Penelitian ini mengkaji tentang kinerja pembakaran mikro yang diawali dengan mempelajari penelitian sebelumnya tentang bidang ini dilanjutkan membuat model proses pembakaran mikro kemudian melakukan kegiatan simulasi untuk mendapatkan informasi awal yang bisa digunakan untuk penelitian yang sesungguhnya di laboratorium. Studi ini menggunakancampuran Liquefied Petroleum Gas (LPG) dan Oksigen sebagai bahan bakar premix. Penelitian ini melibatkan beberapa parameter yaitu: laju aliran LPG, equivalent ratio dari campuran, dan parameter-parameter geometris dari ruang bakar mikro yang menyusun menghasilkan perbandingan antara luas permukaan dan akar pangkat 2/3 dari volume yang disebut sebagai Area/Volume Ratio (AVR) yang disimbolkan dengan . Dengan mengendalikan parameter bahan bakar agar memperoleh kombinasi pengaturan yang sesuai sehingga terjadi pembakaran mikro yang stabil di dalam ruang bakar mikro dan kemudian temperatur pada titik-titik yang telah ditetapkan diukur menggunakan alat pengukur temperatur non-kontak jenis sensor infra merah (RAYTEK, RAY MI3100 - 1M - SF1 - CB3) . Hasil utama adalah dalam bentuk distribusi temperatur pada dinding luar ruang vi bakar mikro dan temperatur rata-rata dinding yang dihasilkan oleh kombinasi dari parameter kunci tersebut. Ada tiga rancangan ruang bakar mikro dengan identitas TIPE 1, TIPE 2, dan TIPE 3dimana secara berurutan memiliki diameter ruang bakar Φ2, Φ3, dan Φ4 dengan panjang total 35 mm. Macam-macam ruang bakar mikro tersebut memiliki nilai parameter secara berurutan 8,0; 6,9; dan 6,3. Semua ruang bakar mikro mampu melangsungkan proses pembakaran mikro dengan berbagai laju aliran bahan bakar dan perbandingan ekivalen. Ruang bakar mikro TIPE 1 bisa melangsungkan pembakaran mikro yang stabil bila dioperasikan pada laju aliran LPG sebesar 50 mL/menit dengan equivalent ratio0,95 - 1,20; 75 mL/menit dengan equivalent ratio0,80-1,20; dan 100 mL/menit dengan equivalent ratio1,15 - 1,20. Ruang bakar mikro tipe 2 bisa dioperasikan pada laju aliran LPG sebesar 50 mL/menit dengan equivalent ratio0,96 - 1,20; 75 mL/menit dengan equivalent ratio0,80 - 1,20; 100 mL / menit dengan equivalent ratio1,28-1,44. Mikro bakar TIPE 3 bisa dioperasikan pada laju aliran LPG dari 50 mL / menit dengan equivalent ratio1,0; 75 mL / menit dengan equivalent ratio1,44; 100 mL / menit dengan equivalent ratio1,44; dan 125 mL / menit dengan equivalent ratio1,15. Analisis hasil penelitian mengungkap kinerja dari semua ruang bakar mikro yang dioperasikan dengan semua kemungkinan kombinasi parameter. Kinerja dari ruang bakar mikro ditampilkan dalam bentuk daya radiasi, dan efisiensi ruang bakar mikro. Ruang bakar mikro TIPE 1 dapat menghasilkan daya radiasi tertinggi 23,31 Watt ketika dioperasikan pada laju aliran LPG sebesar 75 mL/menit dengan equivalent ratio1,02 dan menghasilkan efisiensi 18,237%. Efisiensi tertinggi ruang bakar ini adalah 19,141% ketika dioperasikan pada laju aliran LPG sebesar 50 mL/menit dengan equivalent ratio0,96 bisa menghasilkan daya radiasi sebesar 82,715 Watt. Ruang bakar mikro TIPE 2 dapat menghasilkan daya radiasi tertinggi 66,633 Watt ketika dioperasikan pada laju aliran LPG 75 mL/menit dengan equivalent ratio0,80 dan menghasilkan efisiensi 53,705% dan juga merupakan efisiensi tertinggi dari ruang bakar ini. Ruang bakar mikro TIPE 3 dapat menghasilkan daya radiasi tertinggi 32,890 Watt ketika dioperasikan pada laju aliran LPG sebesar 125 mL/menit dengan equivalent ratio1,44 dan menghasilkan efisiensi 15,905%. Efisiensi tertinggi ruang bakar ini adalah 25,663% ketika dioperasikan pada laju aliran LPG sebesar 50 mL/menit dengan equivalent ratio1,0 bisa menghasilkan daya radiasi sebsar 21,227 Watt. Berdasarkan analisis yang dilakukandisimpulkan bahwa secara teknologi ruang bakar mikro yang menggunakan LPG dan Oksigen sebagai bahan bakar premix memiliki potensi untuk digunakan sebagai sebuah pembangkitan daya dengan memanfaatkan micro thermophotovoltaic (micro-TPV)