## Volume 21 No. 1 Juli 2020 (15-24)

## PENGARUH SUPLAI UDARA TERHADAP KARAKTERISTIK BENTUK DAN TEMPERATUR NYALA API DARI UAP PREMIUM
A’ yan Sabitah 1) ,  Moh. Sulhan 2) , Ricky Indriyanto 3) , Akhmad Syarief 4)
Politeknik Unisma Malang 1,2) , 3) ,Universitas Lambung Mangkura 4)
Email : ayansabitah@poltekunisma.ac.id
ABSTRACT ,
The scarcity of LPG gas that often occurs in Indonesia often makes Indonesian citizens uneasy.  This  scarcity  led  many  researchers  to  conduct  research  that  could  reduce  the dependence  of  Indonesian  citizens  with  LPG  gas.  In  this  study,  researchers  conducted tests related to the use of premium steam as fuel. This test is carried out by varying the air  supply,  where  this  supply  has  been  determined  at  2  km/cm 2 ,  3  km/cm 2 and  4 km/cm 2 ,  in  addition  to  the  air  supply  this  test  also  performs  fire  temperature measurements  using  thermocouples  and  data  logers,  where  the  location  of  the thermocouple  has  been  located  at  points  1  cm,  3cm  and  5  cm  from  the  mouth  of  the nozzle. Based on the test results, the shape of the flame from variations in the air supply obtained the best and stable results were in the 3 km/cm 2 air supply, while the other for the 2 km/cm 2 air supply was found to be unstable fire and for which the 4 km/cm 2 fire air supply looked large and unstable. Whereas for the highest  temperature of the three placement  points  the  thermocouple  is  located  at  the  top  point  with  a  distance  of  5  cm from the mouth of the fire with an average temperature of around 900 o C and the lowest temperature  is  at  1  cm  from  the  nozzle  mouth,  where  the  temperature  is  at  400 o C  to 550 o C, in addition The temperature stability is in the air supply of 3 km/cm 2 .
Keywords: premium steam, form of fire, temperature of fire

## 1. PENDAHULUAN
Administrasi  Informasi  Energi  AS  memproyeksikan  pada  tahun  2035  konsumsi energi  global  dunia  menjadi  berkali  lipat  pada  tahun  1990-an  [1].  Bahan  bakar  fosil (cair, padat dan gas) akan memenuhi sebagian besar permintaan dan diikuti oleh energi terbarukan  dan  nuklear  [1].  Jelas,  pembakaran  akan  menjadi  pilihan  utama  konversi energi  dari  bahan  bakar    setidaknya  dalam  beberapa  dekade  mendatang.  Hasil  dari peningkatan volume pembakaran akan memiliki dampak lingkungan  yang besar dalam hal  emisi  yang  secara  langsung  atau  tidak  langsung  berkontribusi  terhadap  pemanasan global [2].
Pembakaran  sangat  dibutuhkan  pada  kehidupan  saat  ini,    sehingga  teknologi pembakaran  banyak  dilakukan  perkembangan.    Pembakaran  yang  sering  digunakan  di
sistem  industri  adalah  pembakaran  difusi.  Proses  pembakaran  difusi  merupakan penomena  dimana  udara  dan    bahan  bakar  tidak  bercampur  secara  mekanik,  namun dibiarkan bercampur alami melalui proses difusi dalam proses pembakaran[3].
Pembakaran  difusi memiliki  kelebihan  deri  segi  keamanannya karena tidak  bahaya flashback  atau  api  tidak  dapat  menjalar  kesumber  bahan  bakar  [4,5].  Namun, pembakaran  difusi  juga  memiliki  kelemahan  yaitu  sulitnya  mendapatkan  komposisi campuran yang pas dan homogen antara udara dan bahan bakar. Oleh karena itu upaya untuk  mengatasi  permasalahan  tersebut  dengan  melakukan    desain  alat  dari  sistem pembakaran difusi agar hasil  lebih efektif, efisien dan optimal [4].
Pembakaran api difusi dipengaruhi beberapa faktor seperti geometri burner dimana tempat  terjadinya  rekasi  pembakaran[6].  Selain  burner  suplai  udara  dan  bahan  bakar juga  berpengaruh  pada  pencampuran  bahan  bakar  dengan  udara  saat  proses pembakaran. Menurut Wardana, api merambat hanya pada konsentrasi campuran antara batas lebih tinggi dan batas lebih rendah dari mampu nyala. Batas-batas campuran bagi api untuk menyala ini disebut campuran terkaya dan campuran termiskin[3].  Selain itu api  bisa  dikatakan  stabil  apabila  tetap  stasioner,  atau  kestabilan  api  terjadi  saat kecepatan  gas  reaktan  dan  rambatan  api  sama.  Selain  itu  kestabilan  nyala  api  juga dipengaruhi  oleh  laju aliran massa, kekalan momentum  dan  kekekalan energi.
Premium adalah  bahan bakar hasil distilat berwarna kuning akibat zat pewarna tambahan.  Premium  biasanya  digunakan  kendaraan  bermotor  seperti  sepeda    motor, mobil dan lainnya.premium mempunyai angka oktan 88 dan mempunyai titik didih (30 0 – 200 0 ) C. Persamaan reaksi pembakaran premium dan oksigen sebagai berikut:
C 8 H 18 + 12,5 O 2 8 CO 2 + 9H 2 O
Reaksi  pembakaran  diatas  diasumsikan  semua  terbakar  dengan  sempurna. Spesifkasi bensin lebih detail  yaitu: mempunyai rumus kimia C8H18, berat jenis 0,65- 0,75  pada  suhu  40 0 C  bensin  dapat  menguap  30-655  dan  pada  suhu  100 0 C  dapat menguap 80-90%.
Pemilihan bensin dalam penelitian ini didasarkan pada bahan bakar yang mudah dicari dan memiliki sifat yang mudah menguap. Berdasarkan karakteristik bensin diatas peneliti mempunyai ide untuk meneliti lebih dalam terkait penggunaan uap dari bensin
yang  nantinya  digunakan  sebagai  nyala  api.  Pada  penelitian  ini  peneliti  fokus  untuk menganalisa  bentuk  api  dan  temperatur  api  yang  dihasilkan  dari  penguapan  premium atau bensin.

## 2. METODE PENELITIAN
Penelitian  dilakukan  di  laboratorium  motor  bakar,  program  studi  teknik  mesin, Politeknik  Unisma  Malang,  Malang,  Indonesia.  Variabel  pada  penelitian  ini  adalah suplai  udara  dalam  bahan  bakar  bensin  sebesar  2  kg/cm 2 ,  3  kg/cm 2 dan  4  kg/cm 2 . Seperti  yang  diilustrasikan  pada  Gambar.  1.    Udara  dialirkan  dari  kompresor, selanjutnya udara akan mengalir melewati regolator, tabung elemeyer yang berisi bahan bakar  premium,  dan  selanjutnya  akan  keluar  ke  nozzel  dengan  mengeluarkan  uap  dari premium. Uap  yang keluar dari nozzel tadi dinyalakan dengan percikan api, kemudian bentuk api diamati menggunakan kamera dan temperatur api yang dihasilkan tadi diukur menggunakan termocopel dan data logger.
Gambar 1 . Instalasi alat
Data  yang  diperoleh  selanjutnya  dilakukan  analisa.  Pada  percobaan  ini,  data  yang dikumpulkan adalah temperatur api disetiap suplai udara. Adapun untuk titik temperatur yang diukur ada tiga titik dan masing - masing titik memiliki jarak yang berbeda. Untuk titik  pertama  yang  diukur  terletak  pada  ketinggian  1  cm  dari  mulut  nozel,  titik  kedua terletak di ketinggian 3 cm dari mulut nozel dan yang terakhir terletak pada ketinggian 5
cm dari mulut nozel. Selanjutnya data yang didapatkan dimasukkan dalam grafik untuk dianalisa  dan  dibahas.  Selain  temperatur,  bentuk  nyala  api  juga  diamati.  Pengamatan bentuk  api  dilakukan  dengan  pengamatan  lewat  kamera.  Setiap  pengujian  dilakukan perekaman untuk diambil gambar bentuk api.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Data    hasil  pengujian  temperatur  api  dan  bentuk  nyala  api  dengan  memvariasikan suplai  udara,  Dimana  suplai  udara  diukur  menggunakan  diel  indikator.  Selain memvariasikan  suplai  udara,  dalam  penelitian  ini  juga  memvariasikan  peletakan termocopel.  Peletakan  termocopel  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  panas  di  titik-titik api.  Data  yang  didapatkan  kemudian  dimasukkan  dalam    bentuk  gambar,  tabel  serta grafik, kemudian dibahas dengan pengelompokan berdasarkan suplai udara.

## 3.1. Bentuk Nyala Api
Foto  bentuk  api  diperoleh  berdasarkan  pengamatan  yang  dilakukan  oleh  peneliti, selanjutnya  foto  diamati  semua  fenomena  yang  terjadi  dan  dibahas  secara  lebih  rinci terkait fenomene yang terjadi. Adapun untuk foto api dapat  dilihat di Gambar 2.
Gambar 2. Bentuk api ( a. Suplai udara 2 kg/cm 2 ; b. Suplai udara 3 kg/cm 2 ; c. Suplai udara 4 kg/cm 2 )
Api  akan  menyala  dan  merambat  di  rentang  konsentrasi  campuran    batas  lebih rendah  tinggi    mampu nyala  atau disebut  campuran   termiskin  dan   terkaya  api  untuk menyala  (Wardana:2008).  Batas  mampunyala    api    juga  didefinisikan    sebagai  batas dimana  persediaan  reaktan  dari  sisi  yang  terbakar  diperlukan  untuk  membentuk    api.
(a) (b) (c)
Terdapat kisaran campuran bahan bakar dan oksidator (udara) yang mengakibatkan api menyala.
Pada  Gambar  2  dapat  dilihat  bentuk  nyala  api,  dimana  bentuk  nyala  api  dengan suplai udara sebesar 2 kg/cm 2 pada Gambar 2 (a) api terlihat kecil dan merah. Selain api terlihat merah, daerah zona reaksi juga terlihat kecil dan bulat. Zona reaksi merupakan zona dimana bahan  bakar dan  udara  bercampur dan mulai  terbakar.
Menurut  warnan  2008  temperatur  api  dizona  reaksi  memiliki  temperatur  yang rendah  dan  api  berwarna  merah,  hal  ini  dikarenakan  api  yang  berwarna  merah  masih memiliki jelaga  yang banyak.  Lain halnya dengan api  yang ditunjukkan  Gambar  2  (b) dan (c). Api terlihat berwarna kuning dan daerah zona reaksi juga terlihat panjang dan mengerucut  keatas.  Api  yang  berwarna  kuning  menurut  wardana  memiliki  temperatur yang tinggi karena jelaga yang dihasilkan sedikit.
Api yang berwarna merah dan kuning yang terlihat pada  Gambar 2 bisa dikatakan zona  produk.  Zona  produk  adalah  zona  dimana  bahan / bakar  dan  udara  terbakar / secara / sempurna  dan  memiliki  temperatur  yang  tinggi.  Temperatur  di  zona  produk dipengaruhi  oleh  jelaga.  Semakin  banyak  jelaga  api  akan  terlihat  merah  dan  memiliki temperatur yang rendah, sedangkan sebaliknya semakin sedikit jelaga, temperatur akan naik  dan  api  akan  berwarna  kuning  dan  selanjutnya  akan  berwarna  biru  dan  proses pembakaran bisa dikatakan sempurna.

## 3.2. Temperatur Api
Temperatur api diperoleh dari hasil pengujian selama melakukan penelitian. Dalam penelitian  ini  temperatur  yang  diambil  ada  tiga  titik.  Titik  pertama  terletak  1  cm  dari mulut  nozel,  titik kedua terletak 3cm  dari mulut nozel  dan  yang terakhir terletak 5 cm dari mulut nozel. Pengambilan data ini dilakukan selama satu menit atau 60 detik
Selain  peletakan  titik  termokopel  dalam  penelitian  ini  juga  memvariasikan  suplai udara.  Didalam  penelitian  ini  suplai  udara  telah  ditentukan  yaitu  sebesar  2 / kg/cm 2 ,  3 kg/cm 2 / dan 4 / kg/cm 2 . Adapun untuk hasilnya sebagai berikut:

## 3.2.1. Temperatur api dengan suplai udara 2 kg/cm 2
Data  temperatur  yang  diperoleh  merupakan  nilai  yang  didapatkan  dari pengujian menggunakan termocopel. Data / temperatur hasil / pengujian diolah / menjadi  sebuah  tabel  dan  garafik / agar  mudah  dianalisa  untuk
mengetahui / distribusi  temperatur  pada / titik  –  titik  api.  Data  hasil  penelitian distribusi temperatur dengan suplai udara 2 kg/cm 2 dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Temperatur api dengan suplai udara 2 kg/cm 2
Pada  Gambar  3  dapat  dilihat  bahwa  temperatur  api  diketinggian  1  cm  dari ujung  nozel  memiliki  temperatur  paling  rendah  dibandingkan  dengan  temperatur pada titik 3 cm dan 5 cm. Hal ini terjadi karena pada posisi dengan ketinggian 1 cm merupakan daerah zona reaksi, dimana bahan [ bakar dan / oksigen tercampuran dengan sempurna dan mulai terbakar dizona reaksi. Hal ini pun didukung dengan hasil  pengamatan,  dimana  hasilnya  bisa  dilihat  pada  Gambar  2  (a).  Digambar terlihat  bahwa  pada  jarak  1  cm  itu  terlihat  termocopel  terletak  diposisi  api berwarna putih.
Sedangkan  temperatur  paling  tertinggi  dan  memiliki  kestabilan  temperatur terdapat pada titik 5cm dari ujung nozel. Hal ini dikarenakan pada posisi tersebut termocopel  terletak  di  zona  produk.  Menurut  wardana  2008,  temperatur  api  di zona produk memiliki temperatur yang tinggi dibandingkan dengan zona reaktan.
3.2.2. Temperatur api dengan suplai udara 3 kg/cm 2
Data  temperatur  yang  diperoleh  dari  hasil  pengujian / diolah / menjadi  sebuah tabel dan garafik agar / mudah dianalisa untuk mengetahui distribusi temperatur. Data hasil  penelitian  distribusi  temperatur  dengan  suplai  udara  3  kg/cm 2 dapat dilihat / pada / Gambar 4.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 Suplai udara 2 kg/cm 2 1cm 3cm 5cm
Gambar 4. Temperatur api dengan suplai udara 3 kg/cm 2
Pada  Gambar  4  dapat  dilihat  bahwa  grafik  temperatur  dengan  suplai  udara  3 kg/cm 2 terlihat stabil, hal ini dikarenakan bentuk api stabil. Menurut wardana 2008, Kestabilan  nyala  api  di / pengaruhi / oleh / kesetimbangan  antara  laju  aliran / massa, kekalan / momentum, dan kekekalan / energi. Kestabilan / api difusi juga dapat / diperoleh  dari  kesesuaian / antara  kecepatan  reaksi  di / daerah / reaksi  dan kecepatan / aliran massa akibat / difusi menuju daerah / reaksi.
Kestabilan / temperatur  yang  terbaca  termocopel  pada  titik  1cm  terlihat  dinilai kisara  400C  sampai  dengan  500C.  Temperatur  pada  titik  1cm  ini  terlihat  rendah dikarenakan posisi termokopel yang berada pada titik bawah nyala api atau di zona reaksi.  Dimana  pada  titik  ini  baru  terjadi  proses  bahan  bakar  dengan  udara bercampur  dan  mulai  terbakar.  Sedangkan  posisi  termocopel  pada  titik  3cm  dan 5cm terletak pada posisi pertengahan anatara titik nyala bawah dan titik nyala atas atau  di  zona  produk.  Sehingga  proses  pembakaran  terjadi  secara  sempurna  dan menghasilkan temperatur yang tinggi dan memiliki kestabilan api yang pas.
3.2.3. Temperatur api dengan suplai udara 4 kg/cm 2
Data  temperatur  yang  diperoleh  dari  hasil  pengujian / diolah / menjadi  sebuah tabel dan garafik agar / mudah dianalisa untuk / mengetahui distribusi / temperatur. Data hasil  penelitian  distribusi  temperatur  dengan  suplai  udara  4  kg/cm 2 dapat  dilihat pada 9 Gambar 5.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 Suplai udara 3 kg/cm 2 1cm 3cm 5cm
Gambar 5. Temperatur api dengan suplai udara 4 kg/cm 2
Dari  Gambar  5  dapat  dilihat  bahwa  grafik  temperatur  pada  termocopel  titik 1 cm pada mulut nozel terlihat tidak stabil, hal ini dikarenakan terjadi ketidak stabilan suplai  bahan  bakar  dan  udara  sehingga  mengakibatkan  naik  turunnya  zona  reaksi, sehingga temperaturpun menjadi tidak teratur.
Pada  termocopel  dititik  ketinggian  3cm  dan  5cm  temperatur  terlihat  stabil, bahkan nilai dari keduanya juga berdekatan. Dimana nilai temperaturnya terletak di kisaran 900 o C sampai dengan 980 o C. Tetapi dari kedua  titik termocopel antara 3cm dan 5cm, letak 3cm lah yang mempunyai kestabilan temperatur yang baik.
Dari  ketiga  grafik  diatas  dapat  disimpulkan  bahwa  temperatur  yang  terendah dimiliki oleh termokopel yang terletak 1cm dari mulut nozel, hal ini dikarenakan pada posisi  tersebut  merupakan  zona  reaksi,  dimana  pada  zona  reaksi  ini  baru  terjadi pencampuran bahan bakar dengan udara dan mulai  terbakar membentuk  api  premixed. Api  remixed  berwarna  agak  putih  dan  terbentuk  di  mulut  nozel  kemudian  disusul  api difusi disisi selanjutnya. Sedangkan pada termocopel dititik 3 cm dan 5 cm dari mulut nozel memiliki temperatur yang tinggi dan cenderung stabil, hal ini dikarenakan posisi termocopel  dititik  3cm  dan  5cm  terletak  di  zona  produk.  Dimana  zona  produk  ini memiliki temperatur yang tinggi dan memiliki wilayah pembakaran cukup luas didalam proses pengujian yang dilakukan ini.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 Suplai udara 4 kg/cm 2 5cm 3cm 1cm
4. PENUTUP
4.1 Kesimpulan .
Adapun untuk . kesimpulan pada . penelitian ini adalah . sebagai berikut:
1. Hasil bentuk nyala api dari variasi suplai udara didapatkan hasil terbaik dan stabil  ada  pada  suplai  udara  3  kg/cm 2 ,  sedangkan  yang  lain  untuk  suplai udara 2 kg/cm 2 didapatkan api yang tidak stabil dan yang suplai udara yang 4 kg/cm 2 api terlihat besar dan tidak stabil.
2. Temperatur  tertinggi  dari  tiga  titik  peletakan  termokopel  terletak  pada  titik paling  atas  dengan  jarak  5  cm  dari  mulut  api  dengan  temperatur  rata-rata sekitar  900 o C.  Sedangkan  temperatur  terendah  ada  pada  titik  1  cm  dari mulut nozel, dimana temperatur berada pada 400 o C sampai dengan 550 o C 3. Kestabilan temperatur ada pada suplai udara 3 kg/cm 2

## 4.2 Saran
Penelitian ini perlu dikembangkan dengan melakukan pengaturan udara sebelum keluar dari nozel, selain itu jenis bahan bakar seperti partalite dan partamak juga perlu  di  teliti  lebih  lanjut.  Hal  ini  dikarenakan  partalite  dan  partamak  memiliki kualitas yang lebih baik dibandingkan dengan bensin.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
[1] International Energy . Outlook 2011, Report . No. DOE/EIA-0484(2011). . US Energy Information . Administration;2011.
[2]  Baukal  CE.  Industrial  combustion  pollution  and  control.  New  York,  USA:  CRC Press; 2001. p. 5.
[3] WARDANA,  I.N.G., Bahan . bakar  dan  teknologi . pembakaran , Cetakan  Pertama. PT. Danar Wijaya–Brawijaya University . Press, Malang. 2008
[4] FAIZAL,  ELKA., “Pengaruh  variasi  lip  thickness  pada  nozzle  terpancung terhadap  karakteristik  api  pembakaran  difusi  concentric  jet  flow”,
Jurnal . Rekayasa Mesin Vol.7, No.2, pp. . 13-20. . 2016
[5] SASONGKO, M.N., WIJAYANTI, W., “Karakteristik api premiks biogas pada counterflow  burner” ,  in: Proceeding  seminar . nasional  tahunan . teknik  mesin  XIV (SNTTM XIV,) pp. . 45-5, oktober. . 2015
[6] GLASSMAN, IRVIN . and YETTER, R.A., . Combustion , Fourth . edition, San Diego- California. Elsevier. 2008081907303254 .
[7] MANSOUR, . M.S.,  et . all., “Effect  of  the . mixing  fields  on  the  stability  and structure  of  turbulent  partially  premixed  flames  in  a  concentric  flow  conical nozzle burner” ,Elsevier:Combustion and flame, vol.000, pp. 1-21, Oktober.2016
[8] RANKIN,  D.D., . THERKELSEN,  P., Lean . combustion  technology . and  control , 2nd Edition, Elsevier. 2016 .