## KARAKTERISTIK PEMBAKARAN PADA MESO SCALE COMBUSTOR DENGAN BAHAN BAKAR BUTAN DAN LIQUEFIED PETROLEUM GAS
Nasrul Ilminnafik 1* , FX.Kristianta 1 , Ivan Bagus Sanjaya 2
1 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember, Jl. Kalimantan 37, Jember, 68121
2 Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember, Jl. Kalimantan 37, Jember, 68121
Email: nasrul.teknik@unej.ac.id

## ABSTRACT
Meningkatnya konsumsi energi menyebabkan masalah sumber daya alam khususnya energi fosil. Micro Power Generator  (MPG)  adalah  sebuah  terobosan  teknologi  yang  mampu  membantu  penghematan  energi  fosil. Terdapat  dua  bagian  utama  pada  MPG,  yaitu  micro  atau  meso  scale  combustor  dan  modul  pengkonversi. Untuk  pengoptimalan  meso  scale  combustor  dibutuhkan  bahan  bakar  terbaik  antara  LPG  dan  Butana. Penelitian  ini  dilakukan  untk  menentukan  karakteristik  pembakaran  pada  meso  combustor  pada  variasi ekivalen rasio 1,15 dan 1,20 pada laju reaktan 30 cm/s. Penelitian dilakukan pada penyalaan api pada ruang meso scale combustor berdimensi 30 ml panjang dan 3,5 ml diameter, dengan variasi suplai udara pada suplai bahan  bakar  tetap.  Karakteristik  pembakaran  meliputi  temperatur  dan  warna  api.  Temperatur  api  butana pada  variasi  ekivalen  rasio  lebih  tinggi  dbandingkan  pada  api  LPG.  Adapun  warna  api  yang  dihasilkan Butana adalah biru tua dan LPG biru muda. Hal ini menunjukkan bahwa pembakaran butana dalam meso combustor lebih baik dibandingkan LPG.
Keyword : Butana, LPG, meso scale combustor, warna api, temperatur api.

## PENDAHULUAN
Latar Belakang
Seiring dengan meningkatnya laju pembangunan  dan  pola  hidup  masyarakat, konsumsi energi di Indonesia terus meningkat dari tahun  ke  tahun.  Peningkatan  ini  terjadi  hamper pada semua sektor yang mencakup sektor industri, transportasi, komersial, rumah tangga pembangkit listrik dan sektor lainnya.
Energi  fosil  khusunya  minyak  bumi, merupakan  sumber  utama  dan  sumber  devisa negara. Kenyataan menunjukkan bahwa cadangan energi  fosil  yang  dimiliki  Indonesia  jumlahnya terbatas.  Sementara  itu,  konsumsi  energi  terus meningkat  seiring  dengan  laju  pertumbuhan ekonomi  dan  pertambahan  penduduk.  Dengan demikian  sumber  daya  alam  yang  mampu menghasilkan  energi  semakin  terkuras,  karena sebagaian besar sumber energi berasal dari sumber daya  yang  tidak  terbarukan,  misalnya  minyak bumi, gas dan batubara (Ariwibowo, 2013).
Cadangan  energi  Indonesia  hanya  mampu bertahan beberapa puluh tahun lagi. Jika tidak ada tindakan  effisiensi  maka  cadangan  tersebut  akan lebih  cepat  habis  dan  membuat  harus  lebih dipikirkan  energi  alternative  yang  sifatnya terbarukan.  Sudah  waktunya  Indonesia  tidak menggantungkan  diri  kepada  energi  yang  tidak terbarukan  dan  harus  mengembangkan  energi alternative  yang dapat terbarukan jika tidak ingin mengalami krisis energi di masa mendatang.
Salah satu pengembangan teknologi pemanfaatan  bahan  bakar  fosil  secara  optimal adalah  penggunaan  teknologi Micro  Power Generator  (MPG). Terdapat  dua  bagian  utama pada MPG , yaitu micro atau meso scale combustor dan  modul  pengkonversi. Meso-scale  combustor berfungsi  sebagai  penghasil  energi  termal  dari pembakaran,  sedangkan  modul  pengkonversi berfungsi  untuk  mengkonversikan  energi  termal menjadi energi listrik.
Meso-scale  combustor adalah  ruang  bakar dengan diameter dalam sebesar 1-10 mm. Dengan ukuran  diameter  ruang  bakar  yang  sangat  kecil maka kestabilan pembakaran sangat tidak mudah, mengingat  keterbatasan  waktu  pembakaran  di ruang  bakar  ( fuel  residence  time) dan  laju kehilangan  kalor  ( heat  loss )  yang  cukup  tinggi. Untuk  menciptakan  pembakaran  yang  baik  maka harus meningkatkan fuel residence time, kecepatan reaksi  dan  mengurangi heat  loss yang  terdapat pada meso-scale combustor.
Mikami, et  al (2013)  menyebutkan  bahwa dalam meso-scale  combustor sudah  diamati tingkat  ukuran diameter  yang semakin kecil akan menyempitkan daerah stabilitas api yang digambarkan oleh diagram kecepatan – equivalent ratio. Penyebabnya adalah kehilangan panas yang lebih tinggi dan keterbatasan waktu nyala api yang tidak  memadai  yang  terkait  dengan  peningkatan perbandingan luas dan volume.

## METODOLOGI PENELITIAN
Pada  penelitian  karakteristik  nyala  api Meso-Scale  Combustor menggunakan  metode pengamatan  secara  langsung  pada  objek  yang diteliti.  Jenis  Data  yang  digunakan  adalah  data kuantitatif. Kuantitatif merupakan jenis data yang bisa diukur maupun dihitung secara langsung, dan berisi informasi dalam bentuk angka
Waktu dan Tempat penelitian
Penelitian  dilakukan  di  Laboratorium Mesin-mesin fluida, Fakultas Teknik,  Universitas Brawijaya  Malang  dan  waktu  penelitian  secara keseluruhan  dilakukan  pada  bulan  Agustus  - September 2016.
1. Alat
• Meso scale combustor
• Mixer
• Kompressor
• Flowmeter udara dan bahan bakar
• Regulator butana
• Regulator LPG
• Pisco tube (selang)
• Korek / pemantik
• Kamera
2. Bahan
• LPG 3 kg
• Gas Butana
Variabel Penelitian Variabel Bebas
Variabel  Bebas  adalah  variabel  yang nilainya ditentukan oleh peneliti untuk menentukan  hubungan  antara  fenomena  hasil pengamatan, dengan parameter uji. Menggunakan variasi butana dan LPG 3 kg, Menggunakan variasi rasio ekuivalen (ϕ) dan kecepatan reaktan (V tot )
Variabel Terikat Variabel  terikat  merupakan  variabel  yang nilainya  tergantung  pada  variasi  variabel  bebas, pada penelitian ini yang berperan sebagai variabel terikat  antara  lain:  visualisasi  nyala  api,  Warna nyala api.
Skema Alat Uji
Gambar 1. Skema Pengujian

## Prosedur Penelitian
1. Menyiapkan peralatan meso-scale combustor
2. Memasang  alat-alat  penelitian  sesuai  dengan skema yang ada pada gambar 3.
3. Meletakkan  kamera  di  depan  dan  di  samping meso scale combustor .
Menggunakan background kertas / kain berwarna hitam untuk membantu mempertjelas kualitas gambar

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan dari penelitian yang dilakukan secara  eksperimental  pada meso  scale  combustor dengan sudden  expansion telah  didapatkan  suatu data  hasil  penelitian.  Dari  penelitian  tersebut dilakukan  pengamb  ilan  data flammability  limit untuk masing-masing bahan bakar, yaitu campuran udara-butana  dan  campuran  udara-LPG.Hasil keseluruhan  masing  –  masing  perhitungan  dapat dilihat pada Tabel 3.1 dan Tabel 3.2.
1. Penggunaan Bahan Bakar LPG
Tabel 3.1 Hasil pengolahan flammability limit untuk bahan bakar LPG
2. Penggunaan Bahan Bakar Butana
Tabel 3.2 Hasil pengolahan flammability limit untuk bahan bakar Butana
Berdasarkan  nilai  rasio  ekuivalen  dan kecepatan reaktan dari Tabel 3.1 sampai tabel 3.2 diatas.  Sehingga  didapat  diagram  hubungan  rasio ekuivalen  dengan  kecepatan  reaktan,  diagram tersebut  yang  menjadi  dasar  analisa  karakteristik pembakaran  dan  tmperatur  pada meso  scale combustor dengan sudden expansion . Pengambilan  data  visualisasi  bentuk  nyala api  dan  temperatur  nyala  api  dilakukan  dengan mengambil  titik  tengah  pada  grafik flammability limit ketika  nilai  rasio  ekuivalen  dan  kecepatan reaktan  berada  pada  titik  yang  sama.  hal  ini dikarenakan,  pada  titik  nyala  yang  sama,  maka pengaruh  variasi  bahan  bakar  pada meso  scale combustor dapat  dibandingkan.  Titik  yang ditentukan  tersebut  berada  pada  rasio  ekuivalen 1.15 dan 1.20 dengan kecepatan reaktan 20 cm/s.
Tabel 4.4 nyala api dari tampak samping dan tampak depan pada meso scale combustor dengan sudden expansion untuk penggunaan bahan bakar butaha (C 4 H 10 ) dan LPG.
Pada  tabel  4.4  menunjukkan  visualisasi nyala api dari tampak samping dan tampak depan pada meso  scale  combustor dengan sudden expansion untuk  penggunaan  bahan  bakar  butaha (C 4 H 10 )  dan  LPG.  Visualisasi  nyala  api  tersebut ditampilkan berdasarkan kecepatan reaktan konstan  (variasi  rasio  ekuivalen).  Dalam  hal  ini, hasil  visualisasi  dapat  dianalisa  berdasarkan pengaruh  penggunaan  bahan  bakar  dan  pengaruh perbedaan  nilai  rasio  ekuivalen  untuk  masing- masing  bahan  bakar.  Hasil  visualisasi  nampak samping mampu memberikan pengetahuan bahwa penggunaan sudden  expansion pada meso  scale combustor mampu  memberikan  dampak  yang signifikan  untuk  mengontrol  posisi  nyala  api. Selain  itu,  visualisasi  tampak  samping  mampu memberikan gambaran tentang pengaruh penggunaan  bahan  bakar  dan  variasi  rasio ekuivalen  terhadap  karakteristik  pembakaran Penggunaan bahan bakar yang berbeda pada meso scale  combustor dengan sudden  expansion memberikan  suatu  pengetahuan  baru  tentang perbedaan  pada  setiap  bahan  bakar  terhadap karakteristik  pembakaran.  Pada Tabel  4.4  terlihat
bahwa  penggunaan  kedua  bahan  bakar  tersebut memiliki posisi nyala api dan warna nyala api yang berbeda-beda.  Hal  ini  dikarenakan  adanya pengaruh  kandungan  zat  pada  masing-masing bahan bakar. Selain itu, posisi nyala api dan warna nyala  api  dipengaruhi  oleh  variasi  nilai  rasio ekuivalen.
Penggunaan  bahan  bakar  butana  memiliki kontrol  posisi  nyala  api  yang  lebih  baik  daripada penggunaan  gas  LPG.  Selain  itu,  terlihat  bahwa penggunaan gas butana menunjukkan warna nyala api yang lebih biru terang dibandingkan gas LPG yang  menandakan  suatu  kelancaran  proses  reaksi pembakaran. Seperti yang dijelaskan pada bagian sebelumnya, proses reaksi pada gas butana mampu lebih  baik  daripada  proses  reaksi  gas  LPG.  Hal tersebut  akan  berdampak  pada  posisi  nyala  api dimana  dengan  proses  reaksi  yang  lancar,  posisi nyala  api  akan  semakin  mendekati  step,  karena menandakan  fungsi sudden  expansion sebagai pensirkulasian  ulang  reaktan.  Selain  itu,  proses reaksi yang lancar akan memberikan warna nyala yang lebih baik, karena reaktan yang terbakar jauh lebih sempurna.
Selain  pengaruh  penggunaan  bahan  bakar tersebut, kontrol posisi nyala api dan warna nyala api  dipengaruhi  oleh  variasi  rasio  ekuivalen. Terlihat  pada  Tabel  4.4  posisi  nyala  api  semakin menjauhi  step  seiring  dengan  peningkatan  nilai rasio  ekuivalen.  Hal  ini  dikarenakan  dengan peningkatan nilai rasio ekuivalen akan meningkatkan  pula  kandungan  massa  yang dikandung  oleh  campuran  reaktan.  Sehingga, apabila  intensitas  massa  yang  terkandung  terlalu banyak,  proses  reaksi  akan  semakin  sulit  yang menyebabkan kecepatan reaksi menurun. Dengan demikian, posisi nyala api akan semakin menjauhi step  karena  proses  reaksi  tidak  berlangsung  baik. Sebaliknya,  pada  nilai  rasio  ekuivalen  yang rendah,  intensitas  massa  yang  terkandung  pada campuran  reaktan  tidak  terlalu  banyak,  sehingga proses  reaksi  semakin  baik  dan mampu meningkatkan  posisi  nyala  api  mendekati  step karena laju reaksi meningkat.
Beberapa kejadian tersebut juga berdampak pada  warna  nyala  api  yang  dihasilkan,  dimana warna  nyala  api  nampak  lebih  biru  terang  pada nilai  rasio  ekuivalen  yang  rendah  daripada  nilai rasio  ekuivalen  yang  tinggi.  Pada  nilai  rasio ekuivalen  yang  rendah,  intensitas  massa  yang dikandung  oleh  campuran  reaktan  tidak  terlalu besar,  sehingga  proses  reaksi  akan  lebih  baik. Dengan kelancaran proses reaksi tersebut, reaktan akan  mampu  terbakar  secara  sempurna,  sehingga warna  nyala  api  akan  nampak  lebih  biru  terang. Hal  ini  berbanding  terbalik  ketika  nilai  rasio ekuivalen  terletak  pada  angka  yang  lebih  tinggi. Hal  ini  dikarenakan  intensitas  massa  yang  lebih banyak,  mengakibatkan  proses  reaksi  kurang lancar, sehingga masih banyak reaktan yang belum
terbakar. Hal tersebut akan berdampak pada warna api,  dimana  warna  nyala  api  akan  nampak  biru pudar.
Temperatur Nyala Api Temperatur  nyala  api  diukur  sesuai  titik tengah  pada  grafik flammability  limit atau  titik yang  sama  pada  pengambilan  data  visualisasi nyala  api.  Berikut  merupakan  hasil  pengambilan data  temperatur  nyala  api  pada  penggunaan masing-masing bahan bakar.
Tabel 4.5 Temperatur nyala api
Pada  Tabel  4.5  menunjukkan  perbedaan temperatur  pada  masing-masing  penggunaan bahan  bakar.  Penggunaan  bahan  bakar  butana memiliki  temperatur  nyala  api  yang  lebih  tinggi daripada  penggunaan  gas  LPG.  Seperti  yang dijelaskan pada bagian sebelumnya, proses reaksi pada gas butana mampu lebih baik daripada proses reaksi gas LPG. Hal tersebut akan berdampak pada temperatur nyala api dimana dengan proses reaksi yang  lancar,  temperatur  nyala  api  akan  semakin tinggi, karena menandakan reaktan terbakar secara sempurna.  Sebaliknya,  ketika  proses  reaksi  yang terjadi  tidak  terlalu  lancar,  akan  menyebabkan penurunan  temperatur  sebagai  akibat  masih adanya  reaktan  yang  tidak  tebakar  (pembakaran tidak sempurna).
Selain  pengaruh  penggunaan  bahan  bakar tersebut,  temperatur  nyala  api  juga  dipengaruhi oleh  variasi  rasio  ekuivalen.  Terlihat  pada  Tabel 4.5  temperatur  nyala  api  semakin  menjauhi  step seiring  dengan  peningkatan  nilai  rasio  ekuivalen.
Hal ini dikarenakan dengan peningkatan nilai rasio ekuivalen  akan  meningkatkan  pula  jumlah
campuran  reaktan.  Sehingga,  dengan  jumlah reaktan  yang  masuk  kedalam  meso  scale combustor  lebih  banyak,  maka  reaktan  yang terbakar  akan  semakin  banyak  pula  dan  mampu meningkatkan  nilai  temperatur  nyala  api.  Begitu pula  jika  nilai  rasio  ekuivalen  dikurangi,  maka campuran reaktan yang masuk kedalam meso scale combustor tidak terlalu banyak dan menyebabkan reaktan  yang  terbakar  tidak  terlalu  besar.  Hal  ini akan menurunkan nilai temperatur nyala api.

## KESIMPULAN
Dari  tahapan  penelitian  yang  dilakukan, telah didapatkan beberapa kesimpulan yang dapat dijadikan pengetahuan mengenai pengaruh variasi bahan  bakar  butana  dan  LPG  pada meso  scale combustor dengan sudden expansion Penggunaan bahan  bakar  gas  butana  mampu  memberikan kontrol posisi nyala api dan warna nyala api yang lebih baik daripada penggunaan gas LPG. Hal ini dikarenakan pembakaran gas butana mampu lebih sempurna daripada pembakaran gas LPG sehingga reaktan mampu terbakar lebih sempurna.
Penggunaan  bahan  bakar  gas  butana mampu  memberikan  temperatur  nyala  api  yang lebih tinggi daripada penggunaan gas LPG. Hal ini dikarenakan  proses  pembakaran  pada  gas  butana lebih  baik,  campuran  reaktan  mampu  tereaksi secara  sempurna  sehingga  temperatur  nyala  api mampu meningkat.

## DAFTAR PUSTAKA
Ariwibowo.  2013. Partisipasi  Masyarakat Dalam  Pengelolaan  PLTMH  di  Desa  Depok
Kecamatan Lebakbarang Kabupaten Pekalongan . Tesis. Semarang: Program Studi Magister Ilmu Lingkungan Universitas Diponegoro. [Serial Online]
http://eprints.undip.ac.id/37844/ [9 Juni 2016] Mikami, M., Maeda, Y., Matsui, K., Seo, T. & Yuliati, L. 2012. Combustion of Gaseous and Liquid Fuels In Meso-scale Tubes With Wire Mesh . Proceeding of the Combustion Institute 34. 3387-3394 Maruta,  K.  2011. Micro  and  Mesoscale Combustion.  Science  Direct .  Proceedings  of the Combustion Institute Vol (33): 125-150.