skripsi - repository.ub.ac.idrepository.ub.ac.id/814/1/rachmad budi wicaksono.pdf · pengaruh...

PENGARUH VARIASI CELAH SLOT BURNER TERHADAP

KARAKTERISTIK NYALA API HASIL PEMBAKARAN PREMIX

METANA

SKRIPSI

TEKNIK MESIN KONSENTRASI KONVERSI ENERGI

Diajukan untuk memenuhi persyaratan

memperoleh gelar Sarjana Teknik

RACHMAD BUDI WICAKSONO

NIM. 135060207111018

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

MALANG

2017

https://www.google.co.id/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCLyn3caMsscCFU_Ujgod2FgBCQ&url=https://sukoharsono.wordpress.com/2014/10/19/logo-resmi-universitas-brawijaya-ub-terbaru/&ei=Rd3SVfzwJM-ouwTYsYVI&bvm=bv.99804247,d.c2E&psig=AFQjCNFdLqF4XHLycHDlZQy1Sl1yR4DOWA&ust=1439968948013909



METANA

JURNAL

TEKNIK MESIN KONSENTRASI KONVERSI ENERGI




NIM. 135060207111018

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

MALANG

2017

https://www.google.co.id/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCLyn3caMsscCFU_Ujgod2FgBCQ&url=https://sukoharsono.wordpress.com/2014/10/19/logo-resmi-universitas-brawijaya-ub-terbaru/&ei=Rd3SVfzwJM-ouwTYsYVI&bvm=bv.99804247,d.c2E&psig=AFQjCNFdLqF4XHLycHDlZQy1Sl1yR4DOWA&ust=1439968948013909

LEMBAR PENGESAHAN



METANA

SKRIPSI

TEKNIK MESIN KONSENTRASI TEKNIK KONVERSI ENERGI




NIM. 135060207111018

Skripsi ini telah direvisi dan disetujui oleh dosen pembimbing

pada tanggal 11 Juli 2017

Dosen Pembimbing I

Agung Sugeng Widodo, ST., MT., Ph.D.NIP. 19710321 199802 1 001

Dosen Pembimbing II

Francisca Gayuh Utami Dewi, ST., MT.NIP. 201103 820919 2 001

MengetahuiKetua Program Studi S1

Dr. Eng. Widya Wijayanti, ST., MT.NIP. 19750802 199903 2 002

PERNYATAAN ORISINALITAS SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa sepanjang pengetahuan saya dan

berdasarkan hasil penelurusan berbagai karya ilmiah, gagasan dan masalah ilmiah yang

diteliti dan diulas di dalam Naskah Skripsi ini adalah asli dari pemikiran saya, tidak

terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar

akademik di suatu Perguruan Tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis dikutip dalam naskah

ini dan disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar pustaka.

Apabila ternyata di dalam naskah Skripsi ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur

jiplakan, saya bersedia Skripsi dibatalkan, serta diproses sesuai dengan peraturan

perundang-undangan yang berlaku (UU No. 20 Tahun 2003, pasal 25 ayat 2 dan pasal 70).

Malang, 03 Juli 2017

Mahasiswa,

Rachmad Budi Wicaksono

NIM. 135060207111018

JUDUL SKRIPSI:

PENGARUH VARIASI CELAH SLOT BURNER TERHADAP KARAKTERISTIK

NYALA API HASIL PEMBAKARAN PREMIX METANA

Nama Mahasiswa : Rachmad Budi Wicaksono

NIM : 135060207111018

Program Studi : Teknik Mesin

Konsentrasi : Konversi Energi

KOMISI PEMBIMBING :

Dosen Pembimbing 1 : Agung Sugeng Widodo, ST., MT., Ph. D.

Dosen Pembimbing 2 : Francisca Gayuh Utami Dewi, ST., MT.

TIM DOSEN PENGUJI :

Dosen Penguji 1 : Ir. Suharto, MT.

Dosen Penguji 2 : Dr. Eng. Eko Siswanto, ST., MT.

Dosen Penguji 3 : Dr. Femiana Gapsari Madhi Fitri, ST., MT.

Tanggal Ujian : 7 Juni 2017

SK Penguji : 642/UN10.6/SK/2017

Terima Kasih Kepada Bapak dan Ibuku Tercinta

Beserta Kakak dan Adikku

Skripsi Ini Saya Persembahkan Untuk Kemajuan Teknologi Bangsa Indonesia

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmat,

hidayah dan karunia-Nya telah diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan

skripsi dengan judul “Pengaruh Variasi Celah Slot Burner terhadap Karakterisitik

Nyala Api Hasil Pembakaran Premix Metana” dengan baik. Skripsi ini ditulis sebagai

bentuk dokumentasi dan sebagai persyaratan kelulusan sarjana jurusan Teknik Mesin

Universitas Brawijaya.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini dapat terselesaikan berkat bantuan, petunjuk dan

bimbingan dari berbagai pihak dalam proses penyelesaian skripsi ini dengan baik. Oleh

karena itu, dalam kesempatan kali ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini:

1. Bapak Dr. Eng. Nurkholis Hamidi, ST., M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin

Universitas Brawijaya Malang

2. Bapak Purnami, ST., MT. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Universitas

Brawijaya Malang

3. Ibu Dr. Eng. Widya Wijayanti, ST., MT. selaku Ketua Program Studi S1 Jurusan Teknik

Mesin Universitas Brawijaya Malang.

4. Bapak Agung Sugeng Widodo, ST.,MT.,Ph.D selaku dosen pembimbing I dan dosen

wali yang telah memberikan motivasi, bimbingan dan arahan demi kesempurnaan

penulisan skripsi.

5. Ibu Francisca Gayuh Utami Dewi, ST., MT selaku dosen pembimbing II sekaligus

Ketua Kelompok Dasar Keahlian Konsentrasi Teknik Konversi Energi Jurusan Teknik

Mesin Universitas Brawijaya Malang yang telah memberikan motivasi, bimbingan dan

arahan demi kesempurnaan penulisan skripsi.

6. Seluruh Dosen Pengajar Jurusan Teknik Mesin Universitas Brawijaya Malang yang

telah memberikan banyak ilmu pengetahuan yang sangat mendukung selama

penyusunan skripsi.

7. Seluruh Staff Administrasi Jurusan Teknik Mesin Universitas Brawijaya Malang.

8. Kedua orang tuaku tercinta, Ayah Tulus Wiyadi dan Ibu Tjik Ratna Budi Pramesti yang

tiada henti mendoakan, mendidik penulis, dan menjadi motivasi bagi penulis.

9. Saudaraku tercinta, Prasetyo Budi Widanto dan Endah Budi Widyaningrum yang

senantiasa selalu mendoakan dan memotivasi penulis.

ii

10. Winedi Kurniawan, Yasykur Nasrulloh, Firdaus Sutra, dan Ahmad Syai Ghufron selaku

teman-teman seperjuangan yang membantu dalam menyelesaikan pengerjaan skripsi

ini.

11. Seluruh rekan Studio Elemen Mesin terima kasih atas dukungan, bantuan dan doa yang

selalu diberikan.

12. Kos “Kesumba 5”, khususnya Adeyan dan Kendy yang telah memberi semangat, doa

serta kebersamaan dalam mengerjakan.

13. Seluruh Keluarga Besar “M13” terima kasih atas doa, dukungan, bantuan dan

kebersamaannya selama masa kuliah.

14. Seluruh Keluarga Besar Mahasiswa Mesin (KBMM) Fakultas Teknik Universitas

Brawijaya Malang yang telah memberikan bantuan kepada penulis.

15. Mereka yang ada di Teknik Industri Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang

yang telah berjuang bersama, memberi motivasi, dan doa bagi penulis.

16. Semua pihak yang telah membantu terselesaikannya skripsi ini, yang tidak bisa penulis

sebutkan satu per satu.

Penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk dapat digunakan

sebagai perbaikan karena penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata

sempurna. Akhir kata, penulis berharap agar skripsi ini dapat berguna bagi kita semua

sehingga dapat menjadi acuan untuk penelitian lebih lanjut demi kemajuan kita bersama.

Malang, Juli 2017

Penulis

iii

DAFTAR ISI

HalamanPENGANTAR ................................................................................................................. i

DAFTAR ISI ................................................................................................................ iii

DAFTAR TABEL .......................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... vi

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................... viii

RINGKASAN..................................................................................................................ix

SUMMARY......................................................................................................................x

BAB I PENDAHULUAN .............................................................................................. 1

1.1 Latar Belakang ................................................................................................ 1

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ............................................................................................. 2

1.4 Tujuan Penelitian ............................................................................................ 2

1.5 Manfaat Penelitian .......................................................................................... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................................3

2.1 Penelitian Sebelumnya .................................................................................... 3

2.2 Metana ............................................................................................................. 4

2.3 Slot Burner ...................................................................................................... 4

2.4 Proses Pembakaran ......................................................................................... 5

2.5 Reaksi Kimia pada Proses Pembakaran .................................................... 6

2.6 Klasifikasi Pembakaran ...................................................................................7

2.7 Api Premixed Laminer......................................................................................8

2.7.1 Kecepatan Api laminer......................................................................... 8

2.7.2 Struktur Api Laminer ..........................................................................11

2.8 Kestabilan Nyala Api .................................................................................... 11

2.9 Air-Fuel Ratio (AFR)......................................................................................12

2.10 Equivalence Ratio ..........................................................................................14

2.11 Bilangan Reynolds .........................................................................................14

2.12 Hipotesis ........................................................................................................15

iv

BAB III METODE PENELITIAN ............................................................................. 17

3.1 Metodologi Penelitian ................................................................................... 17

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................................... 17

3.3 Variabel Penelitian ........................................................................................ 17

3.4 Alat dan Bahan Penelitian ............................................................................. 18

3.5 Instalasi Penelitian ........................................................................................ 24

3.6 Visualisasi Api .............................................................................................. 25

3.7 Rancangan Hasil Penelitian .......................................................................... 25

3.8 Diagram Alir Penelitian ................................................................................ 26

BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................................... 27

4.1 Hasil Visualisasi Nyala Api ............................................................................27

4.1.1 Hasil Visualisasi Nyala Api Slot Burner ...............................................27

4.2 Pengolahan Data Karakteristik Nyala Api ......................................................28

4.2.1 Pengolahan data Visual Tiap Celah Slot Burner ..................................28

4.2.2 Tabel Hasil Perhitungan Karakteristik Nyala Api .................................30

4.3 Hasil Bilangan Reynold.................................................................................. 32

4.4 Grafik dan Pembahasan ............................................................................... 33

4.4.1 Grafik Hubungan Kecepatan Api Laminer dengan Equivalence ratio ..33

4.4.2 Grafik Hubungan Temperatur Api dengan Equivalence ratio...............35

4.4.3 Grafik Hubungan Tinggi Api dengan Equivalence ratio.......................36

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................................... 39

5.1 Kesimpulan ................................................................................................... 39

5.2 Saran ............................................................................................................. 39

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

v

DAFTAR TABEL

No Judul Halaman

Tabel 2.1 Properti Bahan Bakar Metana pada kondisi standar...................................... 4

Tabel 2.2 Komposisi Udara Kering............................................................................... 6

Tabel 4.1 Data celah Slot burner 4 mm x 12 mm........................................................29




Tabel 4.5 Hasil Karakteristik Nyala Api .....................................................................32

Tabel 4.6 Tabel perhitungan bilangan Reynolds ..........................................................32

vi

DAFTAR GAMBAR

No Judul Halaman

Gambar 2.1 Skema Premixed Flame Ditunjukkan Pada Slot Burner................................. 5

Gambar 2.2 Ilustrasi proses pembakaran............................................................................ 5

Gambar 2.3 Cara reaktan terbakar (a) Pembakaran Premixed (b) Pembakaran Difusi ....

........................................................................................................................ 7

Gambar 2.4 Cara reaktan terbakar (a) api premixed laminer, (b) api premixed turbulen .

........................................................................................................................ 7

Gambar 2.5 Cara reaktan terbakar (d) pembakaran LPG (gas) .......................................... 8

Gambar 2.6 (a) Struktur api premix di dalam tabung pembakar ........................................ 9

Gambar 2.7 (b) Vektor kecepaan rambatan api premix...................................................... 9

Gambar 2.8 Struktur di dalam api laminer .......................................................................11

Gambar 2.9 Mekanisme kestabilan api, (a) flashback, (b) stabil, (c) lift-off, (d) lifted,

(e) blow-off ..................................................................................................12

Gambar 3.1 Skema Slot Burner (1:3) ...............................................................................18




Gambar 3.5 Kompresor ....................................................................................................20

Gambar 3.6 Mixing Chamber ...........................................................................................20

Gambar 3.7 Flowmeter .....................................................................................................21

Gambar 3.8 Thermocouple ...............................................................................................21

Gambar 3.9 Selang ...........................................................................................................22

Gambar 3.10 Tabung Gas Metana......................................................................................22

Gambar 3.11 Kamera Digital .............................................................................................23

Gambar 3.12 Tripod ...........................................................................................................23

Gambar 3.13 Instalasi Penelitian ........................................................................................24

Gambar 4.1 Data visual celah slot burner ukuran 4 mm x 20 mm pada berbagai

equivalence ratio..........................................................................................28

Gambar 4.2 Data visual pada equivalence ratio 1,36 pada berbagai celah slot burner ..28

Gambar 4.3 Pengukuran sudut api pada celah slot burner ukuran 4 mm x 20 mm pada

equivalence ratio 1,36..................................................................................29

Gambar 4.4 Grafik hubungan kecepatan api laminer dengan equivalence ratio..............33

vii

Gambar 4.5 Grafik hubungan temperatur api atas dengan equivalence ratio ..................35

Gambar 4.6 Grafik hubungan temperatur api tengah dengan equivalence ratio..............35

Gambar 4.7 Grafik hubungan tinggi api dengan equivalence ratio .................................36

viii

DAFTAR LAMPIRAN

No. Judul

Lampiran 1 Data kalibrasi flowmeter

Lampiran 2 Gambar visual api pada masing-masing slot burner

Lampiran 3 Pengambilan sudut api dengan berbagai acuan

Lampiran 4 Pengolahan visualisasi api dengan sudut 1



Lampiran 7 Tabel Karakteristik Nyala Api

Lampiran 8 Tabel Angka Reynolds

Lampiran 9 Properti udara

ix

RINGKASAN

Rachmad Budi Wicaksono, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik UniversitasBrawijaya, Juni 2017, Pengaruh Variasi Celah Slot Burner Terhadap Karakteristik NyalaApi Hasil Pembakaran Premix Metana, Dosen Pembimbing: Agung Sugeng Widodo,Francisca Gayuh Utami Dewi.

Indonesia masih belum bisa lepas dari penggunaan bahan bakar, khususnya bahanbakar fosil. Padahal ketersediaan bahan bakar fosil terus menurun. Penggunaan bahanbakar alternatif seperti gas sangat diperlukan untuk mengganti penggunaan bahan bakarfosil. Salah satu bahan bakar tersebut adalah metana. Penelitian mengenai prosespembakaran dilakukan sebagai upaya mencapai pembakaran yang optimal, salah satunyadengan pembakaran secara premix menggunakan slot burner untuk mengukur besarkecepatan api laminernya. Kecepatan api laminer merupakan sebuah parameter pentingdalam masalah pembakaran dikarenakan berisi informasi mendasar mengenai reaktivitas,difusivitas, dan exothermicity.

Dalam penelitian ini diamati pengaruh variasi celah slot burner terhadapkarakteristik nyala api dengan menggunakan slot burner dengan ukuran celah yangberbeda, yaitu 4mm x 12mm, 4mm x 16mm, 4mm x 20mm, dan 4mm x 24mm. Debitudara divariasikan dengan debit bahan bakar yang dibuat konstan sebesar 0,45L/minhingga menghasilkan equivalence ratio 1,05; 1,12 ; 1,23 ; 1,36 ; 1,49 ; 1,68 ; 1,92.

Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa semakin besar celah slot burner makakecepatan api laminer (SL), temperatur api, dan tinggi api semakin rendah. Sedangkansemakin besar equivalence ratio maka kecepatan api laminer (SL) dan temperatur apisemakin rendah, dan tinggi api semakin tinggi.

Kata Kunci: slot burner, premix, metana, karakteristik nyala api.

x

SUMMARY

Rachmad Budi Wicaksono, Department of Mechanical engineering, Faculty ofEngineering, University of Brawijaya, June 2017, The Influence of slot dimension onFlame Characteristics of Slot Burner in Premixed Methane combustion, AcademicSupervisor : Agung Sugeng Widodo and Francisca Gayuh Utami Dewi

Indonesia still can not escape from the use of fuel, especially fossil fuels. Whereasthe availability of fossil fuels continues to decline. The use of alternative fuels such asgas is necessary to replace the use of fossil fuels. The example is methane. Research onthe combustion process is carried out to achieve optimal combustion, one of them bypremixed combustion using a slot burner to measure laminar flame speed. The laminarflame speed is an important parameter in combustion problems because it contains basicinformation about reactivity, diffusivity, and exothermicity.

This study uses slot burners with different burner slot size. The independent variablesin this study are the slot size of slot burner, which is 4mm x 12mm, 4mm x 16mm, 4mm x20mm, and 4mm x 24mm and the equivalence ratio between air and methane mixture are:1.05; 1.12; 1.23; 1.36; 1.49; 1.68; 1.92.

The results showed that the larger slot size of the slot burner caused the laminarflame speed decreased, the temperature and the flame height also decreased. And thegreater equivalence ratio caused the laminar flame speed and the temperature decreased,and the flame height increased.

Keywords : slot burner, premix, methane, flame characteristics.

1

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII((((((((((BAB 1))))))))))

((((((((((PENDAHULUAN))))))))))

1.1 LatariBelakang))))))))))

Indonesiaimasih belum bisa lepas dari penggunaan bahan bakar dalam kehidupan

sehari-hari, khususnya pada penggunaan bahan bakar fosil. Padahal ketersediaan bahan

bakar fosil terus mengalami penurunan. Penggunaan bahan bakar alternatif, seperti gas

sangat diperlukan untuk menunjang kehidupan sehari-hari untuk menggantikan bahan

bakar fosil. Salah satu bahan bakar gas tersebut adalah metana. Penelitian mengenai proses

pembakaran dilakukan sebagai upaya mencapai pembakaran metana yang optimal.

Salah satu cara agar proses pembakaran terjadi optimal yaitu dengan pembakaran

secara premixed. Menurut Wardana (2008), pembakaran secara premixed adalah

pembakaran dimana bahan bakar dan udara sudah bercampur terlebih dahulu secara

mekanik sebelum terjadi pembakaran. Di samping itu, dilakukan perancangan sistem

pembakaran agar bahan bakar dapat terbakar secara sempurna. Salah satu perancangan

sistem pembakaran tersebut yaitu dengan slot burner. Slot burner adalah suatu alat yang

memiliki celah segi empat ditengahnya, digunakan untuk mengukur besar kecepatan api

laminer

Terdapat beberapa penelitian sebelumnya mengenai slot burner. Cardona, et al. (2013)

meneliti kecepatan api laminer slot burner dengan natural gas serta synthesis gas. Slot

burner menggukanan 1 ukuran celah, yaitu 7,2mm x 21mm. Selanjutnya, Nugroho (2016),

membandingkan karakteristik nyala api dari 2 jenis burner. Pada slot burner digunakan

satu ukuran celah, yaitu 3mm x 9mm. Dari beberapa penelitian yang didapatkan, belum

ada yang menjelaskan tentang perubahan dimensi celah pada slot burner karena belum ada

sebuah standar yang baku.

Berawal dari timbulnya masalah tersebut, maka perlu dilakukan penelitian lebih lanjut

mengenai variasi dimensi celah slot burner untuk mengetahui pengaruhnya terhadap

karakteristik nyala api yang terbentuk. Perbedaan pada dimensi celah slot burner, akan

berpengaruh pada karakteristik nyala api. Semakin besar celah slot burner, maka semakin

kecil kecepatan reaktan, sehingga akan mempengaruhi karakteristik nyala apinya.

2

1.2 RumusaniMasalah))))))))))

Dari latarubelakangudiuatas, dapat diambil kesimpulan untuk rumusanumasalahidalam

penelitianuuiniuuadalahuubagaimanauupengaruhuvariasi celah slot burner terhadap

karakteristik nyala api hasil pembakaran premix metana.

1.3 BatasaniMasalah)))))))))))

Dalam penelitian ini, digunakan beberapa batasan masalah agar hasil penelitian

tidak meluas, yaitu :

a. Campuran dari bahan bakar dan udara dianggap homogen setelah dicampur di dalam

mixing chamber.

b. Komposisi metana yang digunakan dianggap 100% metana murni.

c. Losses pada rangkaian instalasi alat penelitian diabaikan.

d. Tekanan udara pada 1 atm.

e. Suhu ruangan dianggap 25 OC ± 2 OC.

1.4 TujuaniPenelitian))))))))))

Tujuanuudariuupenelitianuuiniiiadalahiimengetahuiiipengaruh variasi celah slot

burner terhadap karakteristik nyala api hasil pembakaran premix metana.

1.5 ManfaatiPenelitian))))))))))

Manfaatiidariiipenelitianiiiniiiadalahiisebagaiiiberikutii:))))))))

a. Mampu mengaplikasikan teori yang telah didapat khususnya pada mata kuliah

Teknologi Pembakaran.

b. Dapat menjadi referensi pada penelitian selanjutnya khususnya pada pembakaran

premix.

c. Dapat digunakan sebagai masukan pada pengembangan desain dari slot burner.

3

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian Sebelumnya

Buffam dan Cox (2008) melakukan pengukuran kecepatan pembakaran laminar api

dari campuran metana dan udara menggunakan slot burner dan bunsen burner. Dari hasil

penelitiannya, didapatkan kesimpulan bahwa kecepatan pembakaran tertinggi terjadi ketika

equivalence ratio hampir sama dengan 1 dimana campuran bahan bakar dan udara sama

dengan kondisi stoikiometrinya.

Cardona (2013) melakukan penelitian mengenai kecepatan api laminer campuran

natural gas & syngas dengan udara. Dari hasil penelitiannya, didapatkan bahwa H2 dalam

campuran ditambah, konsentrasi H dan OH meningkat, reaktifitas meningkat, begitu juga

dengan kecepatan api laminernya. Hasil nilai maksimal dari kecepatan api laminer

campuran 50% natural gas dengan 50% syngas lebih tinggi dari natural gas murni, tetapi

lebih rendah dari syngas murni.

Pranoto (2012) melakukan penelitian mengenai pengaruh variasi Air Fuel Ratio (AFR)

terhadap karaktreristik api dengan pembakaran premixed minyak kapuk pada burner. Dari

hasil penelitiannya, didapatkan bahwa air fuel ratio (AFR) mempengaruhi pola api

pembakaran premixed. Pada penelitian ini, massa alir bahan bakar dibiarkan tetap dan

massa alir udara ditambah sehingga mempengaruhi AFR. Hal ini akan mempengaruhi

stabilitas api dan struktur api pada burner.

Nugraha (2016) melakukan penelitian mengenai karakteristik nyala api pada bunsen

burner dan slot burner dengan bahan bakar metana. Dari hasil penelitiannya, didapatkan

bahwa kecepatan api laminer (SL) pada slot burner lebih besar daripada bunsen burner,

tinggi api pada bunsen burner lebih tinggi daripada slot burner.

Chris (2016) melakukan penelitian mengenai karakeristik nyala api pada bunsen

burner dan slot burner dengan bahan bakar LPG. Dari hasil penelitiannya, didapatkan

bahwa semakin tinggi equivalence ratio maka kecepatan api laminer (SL) semakin

menurun, tinggi api semakin menurun, sedangkan temperatur nyala api meningkat sampai

equivalence ratio mendekati 1 kemudian kembali menurun.

4

2.2 Metana

Metana merupakan senyawa yang terbentuk dari ikatan antara 4 atom hidrogen dengan

1 atom karbon. Pembakaran 1 senyawa metana dengan oksidator, akan melepaskan 1

senyawa CO2 dan 2 senyawa H2O. Pada suhu ruang dan tekanan standar, metana

merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau dengan distribusi yang luas di alam.

Metana dapat ditemukan di ladang minyak, ladang gas dan juga ladang batu bara, sehingga

gas metana disebut sebagai gas yang dapat diperolah dari proses alam.

Tabel 2.1Properti bahan bakar metana pada kondisi standarRumusiSenyawa iiii:iiCH4

MassaiMolekuliiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii ii:i16,04iig/mol

Temperatur penyalaaniiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii i:i580ioC

Kecepatan rambatapi pada campuran stoikiometri pada 25o C :i43,4icm/detik

Batas konsentrasi mampu bakar di udara, tertinggiiiiiii :i15%

Batas konsentrasi mampu bakar di udara, terendahiiiii :i5%

Densitasiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii ii:i0, 7168igr/dm3

Nilai kalor tinggiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii ii:i9510ikcal/m3

Nilai kalor rendahiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii iii:i8570ikcal/m3

Sumber : Wardana (2008, p. 16)

2.3 Slot Burner

Slot burner adalah salah satu alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan

pembakaran laminer. Dalam metode slot burner, api keluar dari celah yang berbentuk segi

empat. Jika api terlihat dari tiap sisi, maka akan terlihat seperti berbentuk tenda atau

kerucut. Pada slot burner, bentuk api yang dihasilkan adalah complex conical. Menurut

Buffam dan Cox (2008), perbandingan besar celah pada slot burner adalah 1 : 3 atau lebih.

Keuntungan dari penggunaan slot burner adalah api yang dihasilkan memiliki area

datar yang besar dimana lekukan dapat dikurangi. Sedangkan kerugian dari penggunaan

slot burner adalah sudut α dari api yang terbentuk sulit untuk diukur secara akurat.

5

Gambar 2.1 Skema Premixed Flame Ditunjukkan Pada Slot BurnerSumber : Buffam & Cox (2008, p. 6)

2.4 Proses Pembakaran

Pembakaran adalah proses lepasnya ikatan kimia lemah bahan bakar akibat pemberian

energi tertentu dari luar menjadi atom yang bermuatan dan aktif sehingga mampu bereaksi

dengan oksigen dan membentuk ikatan molekul yang kuat, serta mampu menghasilkan

cahaya dan panas dalam jumlah besar (Wardana, 2008). Ada beberapa syarat yang harus

dipenuhi dalam terjadinya pembakaran, yaitu bahan bakar, pengoksidasi (oksigen), dan

energi aktivasi. Pembakaran yang sempurna adalah pembakaran dimana hasil reaksi antara

bahan yang dapat terbakar dan pengoksidasi hanya menghasilkan gas CO2, air (H2O), dan

gas N2, sehingga tidak ada sisa dari bahan yang dapat terbakar maupun pengoksidasi.

Perbandingan udara dan bahan bakar sangat penting agar menghasilkan pembakaran

yang sempurna. Jika terlalu banyak bahan bakar, maka akan terjadi pembentukan CO

karena tidak terbakarnya bahan bakar. Namun sebaliknya, jika terlalu banyak udara, maka

dapat menyebabkan kehilangan panas. Pada proses pembakaran yang terus-menerus,

energi diambil dari panas hasil pembakaran secara radiasi ataupun konveksi (sirkulasi

balik) seperti gambar di bawah ini.

Gambar 2.2 Ilustrasi proses pembakaranSumber : Wardana (2008, p. 3)

Sirkulasibalik

Bahan Bakar+ oksidator

Reaksipembakaran

Panas +cahaya

Energiaktivasi

6

2.5 Reaksi Kimia pada Proses Pembakaran

Reaksi pembakaran berlangsung secara kimia yang kompleks antara bahan bakar dan

oksidator. Pembakaran yang sempurna terjadi bila pembakaran tersebut sesuai dengan nilai

stoikiometrinya. Maka pembakaran yang sesuai stoikiometri bila semua atom bahan bakar

dan oksidator bereaksi seluruhnya dan menghasilkan produk CO2, H2O, dan N2.

Tabel 2.2Komposisi udara kering

Udara

Proporsi Volume % Proporsi massa%

Aktual Penggunaan Aktual Penggunaan

Nitrogen 78,03 79 75,45 76,8

Oksigen 20,99 21 23,20 23,2

Argon 0,94 0 1,30 0

CO2 0,03 0 0,05 0

Gas lainnya 0,01 0 - 0Sumber: Janwar (2016, p. 6)

Dari tabel di atas terlihat bahwa proporsi paling besar adalah Nitrogen dan Oksigen,

yaitu sebesar 79% dan 21%. Maka dari itu, penggunaan 1 mol O2 yang ada di udara pada

reaksi pembakaran, akan mencakup penggunaan 3,76 mol N2 berasal dari79

21=3,76 .

Rumus empiris pembakaran hidrokarbon CxHy dapat ditulis persamaan (2-1) :

CxHy + x+ O2 + 3,76 x+ N2 = xCO2 +y

2H2O + 3,76 x+ N2 ................. (2-1)

Reaktan Produk

Dari rumus empiris di atas, maka pembakaran untuk bahan bakar metana dapat ditulis

dengan persamaan (2-2) :

CH4(g) + 2O2(g) + 7,52 N2(g) = CO2(g) + 2H2O(g) + 7,52N2(g) .................................. (2-2)

Reaktan Produk

7

2.6 Klasifikasi Pembakaran

Pada umumnya, pembakaran dibagi menjadi tiga karakter, yang pertama ditentukan

oleh cara reaktan terbakar di dalam zona reaksi. Karakter yang kedua ditentukan oleh

perilaku aliran reaktan saat melewati zona reaksi. Karakter yang ketiga ditentukan oleh

keadaan fisik suatu bahan bakar, seperti berbentuk padat, cair atau gas.

Pada karakter pertama, dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu pembakaran premixed dan

pembakaran difusi.

(a) (b)

Gambar 2.3 Cara reaktan terbakar (a) Pembakaran Premixed (b) Pembakaran DifusiSumber : Wardana (2008, p. 149)

Pada gambar 2.3 bagian a, sebelum masuk ke dalam ruang bakar, udara dan bahan

bakar telah dicampur lebih dulu secara sempurna kemudian terbakar di zona reaksi dimana

proses reaksinya berlangsung cepat pada tekanan konstan. Setelah melewati zona reaksi,

reaktan akan menjadi produk. Jenis ini biasa disebut api premixed. Sedangkan pada gambar

2.3 bagian b, udara dan bahan bakar masuk melalui jalur yang berbeda dan keluar menjadi

produk setelah terbakar pada zona reaksi. Bahan bakar dan udara bercampur di zona reaksi

akibat difusi molekul dan setelah keduanya bercampur maka akan langsung terbakar.

Gambar 2.4 Cara reaktan terbakar (a) api premixed laminer, (b) api premixed turbulenSumber : Wardana (2008, p. 151)

8

Karakter yang kedua ditentukan oleh jenis aliran dari reaktan saat melewati zona

reaksi, yaitu laminer atau turbulen. Gambar 2.4 menunjukkan perbedaan karakter

pembakaran berdasarkan jenis aliran. Pada pembakaran laminer, proses pencampuran

bahan bakar dan oksidator terjadi secara molekuler. Sedangkan pada pembakaran turbulen,

proses pencampuran bahan bakar dan oksidator dibantu oleh gerakan memutar dari pusaran

aliran turbulen tersebut. Jadi dengan penambahan turbulen, maka akan meningkatkan

kecepatan pencampuran reaktan.

Gambar 2.5 Cara reaktan terbakar (d) pembakaran LPG (gas)Sumber : Wardana (2008, p. 151)

Karakter pembakaran yang ketiga ditentukan oleh keadaan fisik suatu bahan bakar,

seperti berbentuk padat, cair atau gas. Pada pembakaran dengan bahan bakar gas,

ditunjukkan pada gambar 2.5 (d) tidak ada perubahan fase. Bahan bakar langsung terbakar

sehingga energi yang dibutuhkan paling sedikit.

2.7 Api Premixed Laminer

2.7.1 Kecepatan Api Laminer

Kecepatan api laminer merupakan parameter penting dalam pembakaran campuran,

yakni berisi tentang informasi utama mengenai reaktivitas, difusifitas, dan eksotermisitas

(buffam & cox, 2008).

Kecepatan api laminer didefinisikan sebagai kecepatan dari permukaan depan api

(flame front) yang relatif terhadap reaktan yang belum terbakar menuju ke permukaan (F.

El Mahallawy, 2002). Bentuk api premixed laminer yang paling khas api premixed yang

merambat di dalam tabung pembakar. Seperti pada gambar dibawah ini.

9

Gambar 2.6 (a) Struktur api premix di dalam tabung pembakarSumber : Wardana (2008, p. 152)

Di dalam tabung pembakar, api premixed berbentuk lembar tipis yang datar dan

merambat tegak lurus kearah permukaan. Sedangkan pada bunsen, api premixed berbentuk

kerucut yang memiliki dua lapisan. Yang kerucut dalam, adalah kerucut api premixed,

sedangkan kerucut luar adalah kerucut api difusi. Kerucut api luar terbentuk karena adanya

bahan bakar yang tidak terbakar habis (CO dan N2) sehingga bereaksi dengan udara di

lingkungan.

Gambar 2.7 (b) Vektor kecepaan rambatan api premixedSumber : Wardana (2008, p. 152)

Maka didapat kecepatan api laminer yang dihitung dengan menggunakan persamaan

(2-3):

SL = vu.sinθ ..............................................................................................................(2-3)

dengan:

SL = kecepatan api laminer (cm/s)

vu = kecepatan reaktan (cm/s)

θ = sudut api yang terbentuk antara api dengan sumbu celah (°)

10

sedangkan kecepatan reaktan dapat dihitung dengan persamaan (2-4) :

Vu m

ρuA..................................................................................................................... (2-4)

dengan:


m = massa alir reaktan (g/s)

ρu= densitas reaktan (g/cm3)

A = luas penampang melintang (cm2)

Jika dirubah menjadi debit, maka persamaannya (2-5):

vu = ................................................................................................................... (2-5)

Dengan:


Qu = debit aliran reaktan (Qmetana + Qudara) (cm3/s)

A = luas bagian melintang burner (cm2)

Dengan menggunakan pendekatan teori kinetik, dapat diketahui hubungan kecepatan

dengan temperatur berdasarkan prinsip gas ideal yang dirumuskan sebagai berikut:

. m . v2 = . k .T ............................................................................................... (2-6)

Keterangan:

m = massa molekul (kg)

v = kecepatan molekul (m/s)

k = konstanta Boltzmann ( 1,380 x 10-23 J/molekul K)

T = temperatur ( K)

Dari persamaan (2-6) dapat diketahui bahwa hubungan temperatur dengan kecepatan

adalah berbanding lurus. Pada persamaan tersebut, temperatur gas merupakan energi

kinetik partikel-partikel dari gas tersebut atau getaran. Di dalam reaksi pembakaran, maka

11

untuk membuat molekul-molekul bereaksi atau bertumbukan, maka partikel-partikel gas

harus dibuat lebih aktif. Cara untuk menaikkan energi kinetik molekul-molekul gas adalah

dengan menaikkan temperatur gas.

2.7.2 Struktur Api Laminer

Gambar 2.8 menunjukkan grafik struktur yang terjadi di dalam api laminer, dimana

terdapat 2 zona di dalam api laminer, yaitu :

a. Zona preheat / Zona pemanasan awal

Pada zona ini, panas yang dilepaskan hanya sedikit dan temperatur reaktan

meningkat karena adanya transfer panas dari produk.

b. Zona reaksi

Pada zona ini, pembakaran terjadi secara langsung dan sebagian besar dari energi

kimia dilepaskan dalam bentuk energi panas.

Gambar 2.8 Struktur di dalam api laminerSumber : Turn (2010, p. 255)

2.8 Kestabilan Nyala Api

Pada proses pembakaran, kestabilan nyala api memiliki peranan penting dalam sebuah

proses pembakaran. Bila api dalam keadaan stasioner pada posisi tertentu, maka api

tersebut dapat dikatakan stabil. Kestabilan nyala api dapat terjadi bila kecepatan reaktan

(v) sama dengan dengan kecepatan pembakaran (SL).

12

Gambar 2.9 Mekanisme kestabilan api, (a) flashback, (b) stabil, (c) lift-off, (d) lifted, (e)blow-off

Sumber : Wardana (2008, p. 169)

Tingkat kestabilan nyala api berhubungan dengan peristiwa flashback, lift-off, dan

blow-off seperti pada gambar 2.9 dimana mekanisme kestabilan api berkaitan dengan

kecepatan reaktan serta kecepatan pembakaran.

Flashback adalah peristiwa ketika nyala api kembali masuk dan merambat menuju ke

dalam tabung pembakarnya seperti pada gambar 2.9 bagian (a). Peristiwa flashback terjadi

ketika kecepatan pembakaran lebih cepat daripada kecepatan reaktan (SL > v) sehingga api

merambat kembali menuju tabung pembakar. Biasanya ketika aliran bahan bakar dikurangi

atau langsung ditutup. Flashback tidak hanya dapat mengganggu pembakaran, tetapi juga

berbahaya.

Lift off adalah peristiwa ketika api tidak menyentuh bibir burner, tetapi api berada

pada jarak tertentu dari bibir burner seperti pada gambar 2.9 bagian (c). Pada kecepatan

reaktan rendah, api mendekati mulut burner atau bahan menyentuhnya. Dan bila kecepatan

reaktan ditingkatkan lebih lanjut, maka ujung hulu api akan menjauhi mulut burner

sehingga ini disebut fenomena lifted. Bila terus ditingkatkan, api akan padam.

Blow off adalah peristiwa ketika nyala api padam karena kecepatan reaktan lebih cepat

daripada kecepatan pembakaran (v > SL) seperti pada gambar 2.9 bagian (e). Kondisi

seperti ini harus dihindari karena menghabiskan bahan bakar. Untuk menghindari

terjadinya blow off, maka pengaturan kecepatan reaktan dan kecepatan pembakaran harus

tepat.

2.9 Air-Fuel Ratio (AFR)

Air-Fuel Ratio (AFR) merupakan perbandingan antara massa udara dan massa bahan

bakar yang memiliki pengaruh pada hasil pembakarannya. Menurut Wardana (2008),

perbandingan stoikiometri dalam persamaan AFR adalah :

13

AFRstoikiometri =Mudara

Mbahan bakar.......................................................................................... (2-7)

Keterangan:

AFR = Perbandingan udara dan bahan bakar dalam kondisi stoikiometrik

= Massa bahan bakar yang dimasukkan (gr)

= Massa udara yang dimasukkan (gr)

Bila nilai AFR aktual lebih besar daripada AFR stoikiometrinya, maka campuran

tersebut disebut campuran miskin karena massa bahan bakar lebih sedikit dari massa udara.

Sedangkan bila nilai AFR aktual lebih kecil daripada AFR stoikiometrinya, maka

campuran tersebut disebut campuran kaya karena massa bahan bakar lebih banyak dari

massa udara. AFR stoikiometri untuk pembakaran metana (CH4) adalah :

AFRstoikiometri =Mudara

Mbahan bakar

AFRstoikiometri =2O2+7,52N2

CH4=

2(32)+7,52(28)

12+4(1)=

274,56

16=17,16 gr udara/gr bahan bakar

Setelah diketahui massa metana dan massa udara, maka kita dapat menghitung AFR

stoikiometri dengan menggunakan perbandingan volume, berdasarkan massa jenisnya.

Diketahui bahwa massa jenis udara adalah 0,0012 gr/cm3, dan massa jenis metana adalah

0,0007168 gr/cm3, maka

Vudara =m

ρV metana =

m

ρ

=274,56

0,0012= 228800 cm3 =

16

0,0007168=22346,37 cm3

Sehingga perbandingan volume udara dengan metana adalah

Vudara : Vbahan bakar

228800 cm3 : 22346,37 cm3

10,23 mL : 1 mL

14

2.10 Equivalence Ratio

Equivalence Ratio adalah perbandingan antara rasio udara dan bahan bakar (AFR)

stoikiometri terhadap rasio udara dan bahan bakar (AFR) aktual. Persamaan nya sebagai

berikut :

ϕ =AFR stoikiometri

AFR aktual...................................................................................................... (2-8)

Nilai AFR stoikiometri dapat ditemukan dari persamaan (2-7), sedangkan AFR aktual

adalah perhitungan AFR yang didapatkan dari hasil pembagian massa alir udara dengan

massa alir bahan bakar. Massa alir didapatkan dari debit aliran dibagi densitasnya. Bila

nilai

a. Jika Φ > 1 , berarti ada kelebihan bahan bakar sehingga campuran kaya akan bahan

bakar (fuel-rich mixture)

b. Jika Φ = 1, berarti merupakan campuran stokiometrik

c. Jika Φ < 1, berarti merupakan campuran yang miskin akan bahan bakar (fuel-lean

mixture).

2.11 Bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds ditemukan oleh Osborne Reynolds setelah melakukan eksperimen

yang mendalam pada tahun 1880. Osborne Reynolds menemukan bahwa jenis aliran

dipengaruhi terutama oleh perbandingan dari gaya inersia dan gaya viskos pada fluida.

Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang sangat penting dalam

mekanika fluida karena bilangan ini dapat menunjukan jenis aliran dari suatu fluida. Ada 3

jenis aliran dalam mekanika fluida, yaitu laminer, turbulen, dan transisi.

Persamaan untuk bilangan Reynolds, yaitu :

Re = Gaya inersiagaya viskos

= vdv

= ρ.v.Dhμ ................................................................................... (2-9)

dengan:

Re = Bilangan Reynolds

= viskositas kinematik (cm2/s)

ρ = densitas fluida (g/cm3)

v = kecepatan fluida (cm/s)

15D = diameter hidrolik (cm)

μ = viskositas dinamik (g/cm.s)

Pada aliran yang melalui penampang selain lingkaran, diameter yang digunakan

adalah diameter hidrolik yang dijelaskan pada persamaan 2-10,

Dh=4Ac

p.................................................................................................................(2-10)

Dimana :D = diameter hidrolik (cm)Ac = luas penampang (cm2)

p = keliling daerah yang terbasahi (cm)

Pada celah slot burner yang berbentuk persegi empat, maka diameter hidroliknya

menjadi sebagai berikut :

Dh= 4ab2(a+b) ..........................................................................................................(2-11)

Menurut Cengel & Cimbala (2006), dalam kondisi yang biasanya terjadi, jenis aliran

dibagi menjadi 3 menurut nilai bilangan Reynolds, yaitu :

c. Re ≤ 2300, yaitu aliran laminer

d. 2300 < Re < 4000, yaitu aliran transisi

e. Re ≥ 4000, yaitu aliran turbulen.

2.12 Hipotesis

Berdasarkan tinjauan pustaka yang telah diuraikan, maka dapat diambil hipotesis

bahwa ukuran celah slot burner yang semakin besar menyebabkan kecepatan api laminer

akan semakin turun, temperatur dan tinggi api juga semakin rendah. Hal ini disebabkan

karena semakin besar celah slot burner menyebabkan kecepatan reaktan menjadi menurun,

sehingga kecepatan api laminer, temperatur dan tinggi juga semakin menurun.

17

BAB IIIMETODE PENELITIAN

3.1 Metodologi Penelitian

Jenis penelitian yang dilakukan adalah jenis penelitian eksperimental sungguhan. Jenis

penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh dari suatu perubahan desain terhadap

suatu peristiwa. Dengan ini akan dibandingkan pembakaran menggunakan Slot Burner

yang berbeda-beda dimensi celahnya.

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Motor Bakar, Jurusan Mesin, Fakultas Teknik,

Universitas Brawijaya Malang. Waktu penelitian dilaksanakan pada bulan Februari sampai

Maret 2017.

3.3 Variabel Penelitian

Ada 3 jenis variabel yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu:

1. Variabel bebas

Merupakan variabel yang bebas ditentukan oleh peneliti. Variabel bebas pada

penelitian ini adalah :

a. Dimensi celah Slot Burner, yaitu menggunakan perbandingan 1:3 ; 1:4 ; 1:5 ; 1:6

dengan dimensi 4mm x 12mm, 4mm x 16mm, 4mm x 20mm, dan 4mm x 24mm.

b. Nilai Equivalence Ratio antara campuran udara dengan metana, yaitu 1,05; 1,12;

1,23; 1,36; 1,49; 1,68; dan 1,92.

2. Variabel terikat

Merupakan variabel yang tidak dapat ditentukan oleh peneliti, variabel ini bergantung

pada variabel bebasnya. Variabel terikat pada penelitian ini adalah karakteristik nyala

api, yang meliputi kecepatan api laminer, temperatur api, serta tinggi api.

3. Variabel kontrol

Merupakan variabel yang dikontrol oleh peneliti, variabel ini harus tetap selama

penelitian berlangsung agar tidak mempengaruhi hasil penelitian. Variabel kontrol

pada penelitian ini adalah nilai debit bahan bakar metana, yaitu 0,45 L/menit,

ketebalan slot burner sebesar 2 mm, dan panjang slot burner 100 mm.

18

3.4 Alat dan Bahan Penelitian

Alat –alat yang digunakan pada penelitian ini adalah:

1. Slot Burner

Slot Burner dibuat dengan material kuningan berdiameter dalam 12 mm dan

panjang 100 mm, di tengah slot burner terdapat celah sebesar 4mm x 12mm

(perbandingan 1:3), 4mm x 16mm (perbandingan 1:4), 4mm x 20mm (perbandingan

1:5), 4mm x 24mm (perbandingan 1:6) yang berfungsi sebagai flame holder.

Gambar 3.1 Skema Slot Burner (1:3)


Satuan :mm

19



2. Kompresor

Kompresor digunakan untuk memberikan suplai udara pada penelitian.

Kompresor yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut :

a. Model : LAKONI IMOLA-125 (electric blower)

b. Flow rate : 145 L/menit

c. Tegangan : 220 V

d. Power : 1 HP

e. Putaran : 2850 rpm

20

Gambar 3.5 Kompresor

3. Mixing Chamber

Mixing chamber digunakan untuk mencampur bahan bakar dan udara sebelum

memasuki slot burner. Berdiameter dalam 12 mm dan diameter luar 16 mm.

Gambar 3.6 Mixing Chamber

4. Flowmeter

Flowmeter digunakan untuk mengukur debit aliran bahan bakar dan udara.

Flowmeter yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut :

Skala ukuran : Liter / menit

Dimensi : 5 x 15 cm

Minimum flow to read : 0.1 Lpm & 0.3 Lpm

Maximum flow to read : 1.5 Lpm & 3 Lpm

Jenis : Flowmeter Gas

21

Gambar 3.7 Flowmeter

5. Thermocouple

Thermocouple digunakan untuk mengukur suhu api pada penelitian.

Thermocouple yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut :

Tipe : tipe K

Minimum temp to read : 1300 oC

Maximum temp to read : -20 oC

Ukuran LCD : 1.5 x 2.5 inch

Gambar 3.8 Thermocouple

6. Selang untuk udara dan bahan bakar

Digunakan untuk menyalurkan udara dan bahan bakar. Berdiameter 1/2 inci.

22

Gambar 3.9 Selang

7. Tabung gas Metana

Tabung gas metana digunakan sebagai wadah untuk bahan bakar metana yang

digunakan.

Gambar 3.10 Tabung gas Metana

8. Kamera digital

Kamera digital digunakan untuk mengambil gambar nyala api yang terbentuk

dari slot burner. Kamera digital yang digunakan memiliki spesifikasi seperti dibawah

ini:

a. Merk : Nikon

b. Model : D5200

c. Resolution : 24,1 MP

d. File Formats : JPEG & MOV

e. Berat : 0,5 kg

f. Focal Length : 27 – 82,5 mm

23

Gambar 3.11 kamera digital

9. Tripod

Tripod berfungsi sebagai penyangga dari kamera digital saat proses pengambilan

gambar berlangsung. Selain itu, tripod juga berfungsi untuk menjaga jarak kamera

dengan burner agar gambar yang dihasilkan tajam dan jelas.

Gambar 3.12 Tripod

10. Laptop

Laptop digunakan sebagai media penyimpan serta pengolah data hasil penelitian,

serta digunakan untuk menganalisa pembahasan hasil yang didapatkan dari pengujian.

Pada laptop, digunakan aplikasi Software CAD untuk mengetahui sudut api yang

terbentuk dari slot burner.

11. Pematik api

Pematik api digunakan untuk menyalakan api pada slot burner.

24

12. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk mengukur waktu pengambilan data temperatur api

agar data yang diambil saat penelitian dilakukan dengan waktu yang relatif sama.

3.5 Instalasi Penelitian

Di bawah merupakan instalasi penelitian untuk mengetahui pengaruh variasi celah

slot burner terhadap karakteristik nyala api hasil pembakaran premix metana. Dimulai

dengan mengalirkan udara melalui kompresor melewati katup yang selanjutnya dialirkan

pada flowmeter untuk diatur debitnya. Begitu juga dengan gas metana, dialirkan melalui

katup yang selanjutkan dialirkan pada flowmeter untuk diatur debitnya. Setelah itu, melalui

mixing chamber udara dan metana dicampur untuk selanjutnya dialirkan menuju katup

pengatur. Setelah dari katup pengatur inilah, aliran campuran udara-metana dialirkan

menuju slot burner untuk kemudian diteliti nyala apinya.

Keterangan :

1. Kompresor udara 7. Katup bahan bakar

2. Katup Udara 8. Katup pengatur

3. Flowmeter udara 9. Kotak hitam

4. Mixing chamber 10. Slot Burner

Gambar 3.13 Instalasi Penelitian

25

3.6 Visualisasi Api

1. Memasang Selang yang telah terhubung dengan kompresor dan tabung gas dengan

Mixing Chamber dan Slot Burner yang akan digunakan

2. Mengatur Nilai debit bahan bakar yang masuk sebesar 0,45 L/min

3. Pada flowmeter diatur debit udara. Debit disesuaikan dengan kondisi equivalence

Ratio yang telah ditentukan sebelumnya.

4. Menyalakan api dengan pemantik api

5. Tunggu sampai nyala api stabil dan catat debit udara dan bahan bakar yang tertera

pada flowmeter.

6. Lakukan pengambilan data visual setelah terbentuk nyala api laminer dan temperatur

api. Tiap equivalence ratio diambil 3 data gambar nyala api laminer dan temperatur

api.

7. Ulangi langkah 2 sampai 6 untuk equivalence ratio berikutnya.

Kemudian ganti dengan slot burner lainnya, lalu ulangi langkah 2 sampai 7 kembali

3.7 Rancangan Hasil Penelitian

Untuk mencari kecepatan api laminer (SL), pengambilan data visual berupa foto nyala

api laminer dilakukan pada setiap equivalence ratio serta pada setiap slot burner. Untuk

mendapat grafik hubungan equivalence ratio dengan kecepatan api laminer pada masing-

masing slot burner, dilakukan tahapan sebagai berikut :

1. Pengambilan data visual dilakukan paling sedikit 3 kali pada masing-masing

equivalence ratio tiap slot burner untuk meminimalisir kesalahan data.

2. Dilakukan penyimpanan pada laptop, lalu diurutkan berdasarkan equivalence ratio.

3. Pengolahan gambar hasil pengujian menggunakan aplikasi Software CAD dengan

mengambil acuan yaitu dimensi celah slot burner. Dari celah tersebut, ditarik garis

lurus ke atas untuk mengetahui tinggi api, serta ditarik garis miring sejajar dengan api

yang terbentuk untuk mengetahui sudut yang terbentuk.

4. Sudut api (α) ini digunakan untuk mendapatkan nilai kecepatan api laminer (SL).

5. Data yang telah diolah, diurutkan berdasarkan equivalence ratio sehingga akan

didapatkan perbedaan kecepatan api laminer dan karakteristik api pada tiap

equivalence ratio di masing-masing slot burner.

26

3.8 Diagram Alir Penelitian

ya

tidak

Mulai

StudiLiteratur

Pemasangan InstalasiPeralatan dan Alat Ukur

Pengambilan data visual berupagambar api yang terbentuk dan

temperatur api

Gambar terlihatjelas dan temperatur

bisa diteliti?

Data mengenaipengaruh dimensi

celah terhadapkarakteristik nyala api

Analisa data danPembahasan

Kesimpulan dan Saran

Selesai

27

BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN

Penelitian dan pengambilan data dilakukan pada kondisi temperatur ruang serta pada

saat api stabil. Analisa data karakteristik nyala api dikelompokkan berdasarkan ukuran

celah slot burner dari rasio equivalence ratio rendah sampai equivalence ratio tinggi. Hal

yang dibandingkan pada penelitian ini adalah karakteristik nyala api yang meliputi

kecepatan api laminer, tinggi api, serta temperatur api pada masing-masing celah slot

burner sehingga didapatkan perbandingan karakteristik nyala api dari variasi ukuran celah

slot burner hasil pembakaran premix metana.

4.1 Hasil Visualisasi Nyala Api

Berikut merupakan data visual nyala api pada masing-masing ukuran celah slot

burner. Gambar disusun secara runtut dari equivalence ratio rendah hingga equivalence

ratio tinggi, sehingga nantinya dapat dibandingkan dan dilihat perbedaan visual dari

masing-masing ukuran celah slot burner pada setiap equivalence ratio.

4.1.1. Hasil Visualisasi Nyala Api Slot burner

Pada hasil pengujian slot burner didapatkan data visual dari masing-masing celah

slot burner nilai equivalence ratio terendah 1,05 sampai tertinggi 1,92. Di bawah ini

merupakan contoh data visual dari celah slot burner ukuran 4 mm x 20 mm pada berbagai

equivalence ratio dan contoh data visual pada equivalence ratio 1,36 pada berbagai celah

slot burner. Untuk data visual pada ukuran celah slot burner serta equivalence ratio yang

lain, dapat dilihat pada lampiran 2.

28

Gambar 4.1 Data visual celah slot burner ukuran 4 mm x 20 mm pada berbagaiequivalence ratio

Gambar 4.2 Data visual pada equivalence ratio 1,36 pada berbagai celah slot burner.

Dari gambar 4.2 dan 4.3 di atas, terlihat perbedaan tinggi dari nyala api yang

dihasilkan. Pemberian garis pada gambar hanya sebagai sarana untuk melihat perbedaan

tinggi yang terlihat untuk selanjutnya diolah lebih lanjut.

4.2 Pengolahan Data Karakteristik Nyala Api4.2.1 Pengolahan Data Visual Tiap Celah Slot burner

Pengolahan data visual dilakukan pada tiap celah slot burner setelah disesuaikan

dengan ukuran aktual dari masih ukuran celah slot burner untuk mendapatkan nilai tinggi

api dan sudut api yang digunakan untuk mendapatkan nilai kecepatan api laminer (SL).

a. Pengolahan Data Visual Slot burner

Pada slot burner dilakukan pengolahan data visual sudut dan tinggi api dengan

equivalence ratio 1,05 sampai 1,92. Di bawah ini merupakan contoh pengolahan data

visual sudut api dan tinggi api dari celah slot burner ukuran 4 mm x 20 mm pada

equivalence ratio 1,36 menggunakan salah satu software berbasis CAD.

4 x 12 4 x 16 4 x 20 4 x 24

29

Gambar 4.3 Pengukuran sudut api pada celah slot burner ukuran 4 mm x 20 mm padaequivalence ratio 1,36

Gambar 4.3 merupakan cara pengambilan sudut api dan tinggi api dari hasil visualisasi

api untuk mencari kecepatan api laminer. Menurut Cardona (2013), pengukuran sudut api

diukur dari tepi api bagian atas, dan dalam penelitian ini dilakukan pengukuran dari tepi

api bagian bawah, bagian atas, serta dari ujung bawah ke ujung atas api. Yang dipilih

haruslah memiliki kecepatan api laminer yang mendekati hasil penelitian sebelumnya

sebagai bentuk pembuktian bahwa yang digunakan adalah tepi api bagian atas. Untuk

pengolahan data visual pada ukuran celah slot burner serta equivalence ratio yang lain,

dapat dilihat pada lampiran 4, 5, dan 6. Selanjutnya, untuk mempermudah pembacaan

maka dibuat tabel slot burner tentang masing masing data yang telah didapatkan dari data

visual.

Tabel 4.1Data celah Slot burner 4 mm x 12 mmParameter Ф = 1,05 Ф = 1,12 Ф = 1,23 Ф = 1,36 Ф = 1,49 Ф = 1,68 Ф = 1,92Sudut Api

(O)19,78 13,18 10,11 8,4 7,16 6,37 5,72

Tinggi Api(mm)

10,95 14,96 18,1 27,05 32,86 42,37 43,64

Tabel 4.2Data celah Slot burner 4 mm x 16 mmParameter Ф =1,05 Ф = 1,12 Ф = 1,23 Ф = 1,36 Ф = 1,49 Ф = 1,68 Ф = 1,92Sudut Api

(O)25,7 15,88 12,98 10,32 8,74 7,96 7,36

Tinggi Api(mm)

8,68 13,69 16,91 26,45 30,08 38,42 39,67

30


(O)31,24 18,74 15,4 12,21 10,59 9,84 9,17

Tinggi Api(mm)

6,04 11 16,04 21,83 26,76 35,69 37,04


(O)36,89 21,75 14,34 13,1 12,39 11,69 10,44

Tinggi Api(mm)

3,78 8,79 14,11 19,9 24,68 33,63 34,79

Dari tabel 4.1, 4.2, 4.3, dan 4.4 di atas, dapat dilihat kecenderungan nilai sudut api

mengalami penurunan seiring dengan meningkatnya nilai equivalence ratio pada setiap

ukuran celah slot burner. Di samping itu juga dapat dilihat bahwa peningkatan nilai

equivalence ratio menghasilkan nilai tinggi api yang meningkat pula.

4.2.2 Tabel Hasil Perhitungan Karakteristik Nyala Api

Pada tabel hasil perhitungan karakteristik nyala api, yang diamati adalah temperatur

api, tinggi api, dan kecepatan api laminer dengan equivalence ratio tertentu pada tiap

ukuran celah slot burner.

Berikut contoh perhitungan nilai kecepatan reaktan pada burner dengan nilai

equivalence ratio 1,36 pada ukuran celah 4 mm x 20 mm, perhitungan nilai kecepatan

reaktan didapat dengan menggunakan rumus pada persamaan (2-5)

Qmetana = 0,45 L/min

Qudara = 3,4 L/min

A = 0,8 cm2

sehingga didapat nilai kecepatan reaktan pada burner dengan nilai equivalence ratio 1,36

sebagai berikutQmetana = 0,45L

min=

L

min→

cm3

s

=0,45 x 1000

60=7,5 cm3/s

31

Qudara = 3,4L

min=

L

min→

cm3

s

=3,4 x 1000

60=56,67

cm

s

3

hingga didapat nilai kecepatan reaktan pada burner dengan nilai equivalence ratio 1,36

sebagai berikut:

vu =7,5 + 56,67

0,8vu = 80,208 cm/s

Pada persamaan (2-3), dihitung besarnya kecepatan api laminer, dari hasil perhitungan

kecepatan reaktan serta sudut api. Berikut contoh perhitungan nilai kecepatan api laminer

pada slot burner 4 mm x 20 mm dengan nilai ekuivalen rasio 1,36.

SL = vu.sinθ

SL = 80,208 cm/s x sin 12,21°

SL = 80,208 cm/s x 0,2115

SL = 16,964 cm/s

Pada tabel 4.5 merupakan tabel hasil karakteristik nyala api, didapatkan hubungan

antara kecepatan api laminer dengan equivalence ratio, temperatur api dengan equivalence

ratio, dan tinggi api dengan equivalence ratio pada tiap ukuran celah slot burner.

32

Tabel 4.5Hasil Karakteristik Nyala ApiCelah

BurnerParameter Φ=1,05 Φ= 1,12 Φ=1,23 Φ=1,36 Φ=1,49 Φ=1,68 Φ=1,92

4mm x

12mm

Tatas (OC) 1180 1156,33 1125 1112,33 1101 1088 1079,33

Ttengah (OC) 1073 1051,67 1022 1004,67 987,67 973 961

SL (cm/s) 56,99 36,02 25,7 19,53 15,36 12,33 9,86

Tinggi api (mm) 10,95 14,96 18,1 27,05 32,86 42,37 43,64

4mm x

16mm

Tatas (OC) 1163,67 1131 1117,67 1098, 67 1086 1075 1054,33

Ttengah (OC) 1060, 67 1030 1011 988,33 981 972 959

SL (cm/s) 54,77 32,42 24,57 17,96 14,05 11,54 9,51

Tinggi api (mm) 8,68 13,69 16,91 26,45 30,08 38,42 39,67

4mm x

20mm

Tatas (OC) 1153,67 1129,33 1114 1097,67 1081,67 1064,33 1033

Ttengah (OC) 1030,67 1015,33 1004,67 985,67 974,33 963,67 957,33

SL (cm/s) 52,40 30,45 23,24 16,96 13,59 11,39 9,46

Tinggi api (mm) 6,04 11 16,04 21,83 26,76 35,69 37,04

4mm x

24mm

Tatas (OC) 1129,67 1115 1099,67 1071,67 1059,33 1042,67 1022,33

Ttengah (OC) 1015 1000,33 994,67 980,33 972 960 938,67

SL (cm/s) 50,54 29,27 18,06 15,18 13,22 11,26 8,97

Tinggi api (mm) 3,78 8,79 14,11 19,9 24,68 33,63 34,79

4.3 Hasil Bilangan Reynolds

Di bawah ini merupakan tabel bilangan Reynolds dari masing-masing slot burner pada

tiap equivalence ratio.

Tabel 4.6Tabel perhitungan bilangan Reynolds

Celah slot burner Φ=1,05 Φ= 1,12 Φ=1,23 Φ=1,36 Φ=1,49 Φ=1,68 Φ=1,92

4mm x 12mm 662,49 621,30 573,18 525,10 483,87 435,78 387,68

4mm x 16mm 529,99 497,03 458,58 420,08 387,11 348,61 310,15

4mm x 20mm 441,66 414,18 382,13 350,08 322,59 290,54 258,47

4mm x 24mm 378,57 355,01 327,56 300,06 276,49 249,04 221,53

33

Dari tabel 4.6, nilai bilangan Reynolds dari masing-masing celah slot burner,

mengalami penurunan seiring meningkatnya equivalence ratio. Hal ini disebabkan karena

terjadi penurunan kecepatan reaktan sehingga nilai bilangan Reynolds menurun. Bilangan

Reynolds digunakan untuk menunjukkan bahwa aliran pada slot burner masih dalam

keadaan laminer, yaitu di bawah 2300.

4.4 Grafik dan Pembahasan4.4.1 Grafik Hubungan Kecepatan Api Laminer dengan Equivalence ratio

Gambar 4.4 grafik hubungan kecepatan api laminer dengan equivalence ratio

Gambar 4.4 merupakan hubungan kecepatan api laminer terhadap equivalence ratio

pada tiap ukuran celah slot burner. Masing-masing ukuran celah slot burner, menggunakan

equivalence ratio 1,05; 1,12; 1,23; 1,36; 1,49; 1,68; dan 1,92.

Pada ukuran celah slot burner 4 mm x 12 mm, kecepatan api laminer secara urut dari

equivalence ratio 1,05; 1,12; 1,23; 1,36; 1,49; 1,68; dan 1,92.adalah 56,99 ; 36,02 ; 25,7 ;

19,53 ; 15,36 ; 12,33 ; 9,86 yang masing-masing dinyatakan dalam satuan cm/s. Pada

ukuran celah slot burner 4 mm x 16 mm, kecepatan api laminer secara urut dari

equivalence ratio 11,05; 1,12; 1,23; 1,36; 1,49; 1,68; dan 1,92 adalah 54,77 ; 32,42 ; 24,57

; 17,96 ; 14,05 ; 11,54 ; 9,51 yang masing-masing dinyatakan dalam satuan cm/s. Pada


0

10

20

30

40

50

60

1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00

Kec

epat

an A

pi L

amin

er (

cm/s

)

Equivalence ratio

celah 4 x 12

celah 4 x 16

celah 4 x 20

celah 4 x 24

34

equivalence ratio 1,05; 1,12; 1,23; 1,36; 1,49; 1,68; dan 1,92 adalah 52,40 ; 30,45 ; 23,24 ;

16,96 ; 13,59 ; 11,39 ; 9,46 yang masing-masing dinyatakan dalam satuan cm/s. Pada


equivalence ratio 1,05; 1,12; 1,23; 1,36; 1,49; 1,68; dan 1,92 adalah 50,54 ; 29,27 ; 18,06 ;

15,18 ; 13,22 ; 11,26 ; 8,97 yang masing-masing dinyatakan dalam satuan cm/s.

Pada persamaan (2-3), kecepatan api laminer dipengaruhi oleh 2 parameter, yaitu

kecepatan reaktan dan sudut api yang terbentuk. Nilai kecepatan reaktan dipengarui oleh

debit udara dan bahan bakar, serta luas penampang dari celah slot burner seperti pada

persamaan (2-5). Debit bahan bakar pada tiap equivalence ratio adalah sama untuk

masing-masing celah slot burner, sehingga yang mempengaruhi kecepatan api laminer

adalah debit udara, luas penampang celah, serta sudut api yang dihasilkan.

Pada gambar 4.4, kecepatan api laminer pada masing-masing ukuran celah slot burner

mengalami penurunan tiap kenaikan equivalence ratio. Hal ini dikarenakan debit udara

yang semakin berkurang. Seperti pada persamaan (2-8) dimana jika equivalence ratio nya

meningkat, sedangkan AFR stoikiometrinya tetap, maka AFR aktualnya yang menurun.

AFR dipengaruhi oleh massa udara dan massa bahan bakar, seperti pada persamaan (2-7),

massa bahan bakar ditentukan tetap, berarti yang berkurang adalah massa udaranya. Dari

massa udara, dapat dicari volume udara, dan selanjutnya debit udara, dimana semua

parameter tersebut berbanding lurus. Sehingga menurunnya debit udara, menyebabkan

menurunnya kecepatan api laminer, seperti pada persamaan (2-5) dan (2-3).

Kecepatan reaktan juga dipengaruhi oleh ukuran celah slot burner, dimana semakin

semakin besar ukuran celah slot burner, semakin besar pula luasan dari celah slot burner,

sehingga kecepatan reaktannya menurun. Dari persamaan (2-3), kecepatan api laminer

dipengaruhi oleh 2 parameter, yaitu kecepatan reaktan dan sudut api yang terbentuk,

dimana kecepatan reaktannya memiliki pengaruh paling besar. Pada tabel 4.5 dapat

diketahui bahwa perbedaan ukuran celah slot burner menyebabkan perbedaan kecepatan

reaktan dimana semakin besar ukuran celah slot burner, maka kecepatan reaktannya

semakin menurun, sehingga menyebabkan kecepatan api laminernya juga menurun.

35

4.4.2 Grafik Hubungan Temperatur Api dengan Equivalence ratio

Gambar 4.5 grafik hubungan temperatur api atas dengan equivalence ratio

Gambar 4.6 grafik hubungan temperatur api tengah dengan equivalence ratio

Gambar 4.5 dan 4.6 merupakan hubungan temperatur api terhadap equivalence ratio

pada tiap ukuran celah slot burner. Masing-masing ukuran celah slot burner, menggunakan

equivalence ratio 1,05; 1,12; 1,23; 1,36; 1,49; 1,68; dan 1,92. Untuk tiap nilai temperatur,

bisa dilihat pada tabel 4.5.

1000.00

1020.00

1040.00

1060.00

1080.00

1100.00

1120.00

1140.00

1160.00

1180.00

1200.00

1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00

Tem

pera

tur A

pi (

°C)

Equivalence ratio

celah 4 x 12

celah 4 x 16

celah 4 x 20

celah 4 x 24

920

940

960

980

1000

1020

1040

1060

1080

1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00

Tem

pera

tur A

pi (

°C)

Equivalence Ratio

celah 4 x 12

celah 4 x 16

celah 4 x 20

celah 4 x 24

36

Pada gambar 4.6 dan 4.5, terlihat bahwa temperatur api tengah lebih rendah daripada

temperatur api atas. Hal ini dikarenakan pada bagian ujung api, reaktan telah terbakar

sempurna sedangkan pada bagian tengah api belum terjadi reaksi pembakaran secara

sempurna, sehingga temperatur di ujung api akan lebih tinggi daripada di tengah api.

Dari gambar 4.5 dan 4.6, terlihat temperatur api menurun tiap kenaikan equivalence

ratio. Hal ini dikarenakan semakin besar equivalence ratio, debit reaktan semakin

menurun. Turunnya debit reaktan disebabkan oleh debit udara yang menurun, sedangkan

debit bahan bakarnya tetap sehingga akan menyebabkan bahan bakar menjadi kaya. Hal ini

juga menyebabkan pembakaran yang kurang sempurna sehingga temperaturnya bisa

menurun.

Temperatur api juga menurun tiap kenaikan ukuran celah slot burner. Hal ini juga

sesuai dengan persamaan (2-6) bahwa hubungan temperatur dengan kecepatan adalah

berbanding lurus, seperti pada penjelasan sebelumnya mengenai turunnya kecepatan api

laminer seperti pada gambar 4.4, dapat diketahui bahwa perbedaan ukuran celah slot

burner menyebabkan perbedaan kecepatan reaktan dimana semakin besar ukuran celah slot

burner, maka kecepatan reaktannya semakin menurun, sehingga menyebabkan kecepatan

api laminernnya juga menurun. Jika kecepatan apinya menurun, maka temperatur juga

akan menurun.

4.4.3 Grafik Hubungan Tinggi Api dengan Equivalence ratio

Gambar 4.7 grafik hubungan tinggi api dengan equivalence ratio

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00

Tin

ggi A

pi (

mm

)

Equivalence ratio

celah 4 x 12

celah 4 x 16

celah 4 x 20

celah 4 x 24

37

Gambar 4.7 merupakan hubungan tinggi api terhadap equivalence ratio pada tiap

ukuran celah slot burner. Masing-masing ukuran celah slot burner, menggunakan

equivalence ratio 1,05; 1,12; 1,23; 1,36; 1,49; 1,68; dan 1,92.

Pada ukuran celah slot burner 4 mm x 12 mm, tinggi api secara urut dari equivalence

ratio 1,05; 1,12; 1,23; 1,36; 1,49; 1,68; dan 1,92.adalah 10,95 ; 14,96 ; 18,1 ; 27,05 ; 32,86

; 42,37 ; 43,64 yang masing-masing dinyatakan dalam satuan milimeter. Pada ukuran celah

slot burner 4 mm x 16 mm, tinggi api secara urut dari equivalence ratio 1,05; 1,12; 1,23;

1,36; 1,49; 1,68; dan 1,92 adalah 8,68 ; 13,69 ; 16,91 ; 26,45 ; 30,08 ; 38,42 ; 39,67 yang

masing-masing dinyatakan dalam satuan milimeter. Pada ukuran celah slot burner 4 mm x

20 mm, tinggi api secara urut dari equivalence ratio 1,05; 1,12; 1,23; 1,36; 1,49; 1,68; dan

1,92 adalah 6,04 ; 11 ; 16,04 ; 21,83 ; 26,76 ; 35,69 ; 37,04 yang masing-masing

dinyatakan dalam satuan milimeter. Pada ukuran celah slot burner 4 mm x 24 mm, tinggi

api secara urut dari equivalence ratio 1,05; 1,12; 1,23; 1,36; 1,49; 1,68; dan 1,92 adalah

3,78 ; 8,79 ; 14,11 ; 19,9 ; 24,68 ; 33,63 ; 34,79 yang masing-masing dinyatakan dalam

satuan milimeter.

Dari gambar 4.7, terlihat tinggi api semakin meningkat pada tiap kenaikan equivalence

ratio. Seperti penjelasan pada bab 2, semakin besar equivalence ratio, maka debit udara

dalam campuran reaktan semakin sedikit. Jika debit udara semakin sedikit, sedangkan

jumlah bahan bakarnya tetap, maka akan menyebabkan reaksi pembakaran tidak sempurna

sehingga sisa bahan bakar yang belum terbakar bereaksi secara difusi dengan udara yang

ada pada lingkungan yang menyebabkan api lebih tinggi.

Tinggi api semakin menurun pada tiap kenaikan ukuran celah slot burner. Semakin

kecil ukuran celah slot burner akan menyebabkan nilai kecepatan dari reaktan akan

meningkat, dimana kecepatan reaktan akan lebih tinggi dari kecepatan pembakarannya.

Hal ini akan menyebabkan api semakin tinggi atau biasa disebut pemanjangan api sehingga

semakin kecil ukuran celah slot burner, kecepatan reaktannya akan semakin besar, dan

tinggi api nya juga semakin tinggi.

39

BAB VPENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian ini, dapat diambil beberapa kesimpulan yang dapat menjawab rumusan

masalah pada bab I. Pengambilan kesimpulan berdasarkan data dan grafik pembahasan

pada bab IV. Sehingga mendapatkan kesimpulan sebagai berikut:

1. Semakin besar ukuran celah slot burner, nilai kecepatan api laminer (SL) akan

semakin turun. Hal ini dikarenakan semakin besar ukuran celah slot burner maka nilai

kecepatan reaktan menurun sehingga kecepatan api laminernya turun.

2. Semakin besar ukuran celah slot burner, temperatur api akan semakin menurun. Hal

ini disebabkan oleh kecepatan api yang menurun menyebabkan temperatur apinya

menurun.

3. Semakin besar ukuran celah slot burner, tinggi api semakin turun. Hal ini disebabkan

kecepatan reaktan yang semakin menurun seiring bertambahnya ukuran celah slot

burner sehingga tinggi api semakin menurun.

4. Semakin tinggi nilai equivalence ratio, maka kecepatan api laminer (SL) dan

temperatur api semakin menurun. Sedangkan tinggi api semakin meningkat.

5.2 Saran

1. Dilakukannya penelitian di tempat yang benar-benar tertutup agar faktor lingkungan

tidak mengganggu jalannya penelitian.

2. Pengambilan gambar yang tapt antara tiap slot burner agar pada saat pengolahan data

tidak terjadi kesulitan.

3. Perlu dilakukan pengujian karakteristik nyala api untuk bentuk slot burner yang

berbeda.

DAFTAR PUSTAKA

Buffam, J. & Cox K.. 2008. Measurement of Laminar Burning Velocity of Methane-AirMixtures Using a Slot and Bunsen Burner. Unpublished Thesis. Massachusetts:Worcester Polytechnic Institute

Cardona, Cesar , Andreas Amell, & Hugo Burbano. 2013. Laminar Burning Velocity ofNatural Gas/Syngas-Air Mixture. Medellin : University of Antioquia

Cengel, Y. & Michael A.B. 2006. Thermodynamic : An Engineering Approach 5th.New York : McGraw-Hills

Chris, Janwar. 2017. Karakteristik Visualisasi Nyala Api pada Bunsen Burner dan SlotBurner Dengan Bahan Bakar LPG. Malang : Universitas Brawijaya

El-Mahallawy F., El-Din Habik S. 2002. Fundamentals and Technology of Combustion.New York : Elsevier

Keneth, K. 2005. Fundamentals of Turbulent and Multiphase Combustion. Canada:John Willey and Sons

Nugraha, Dimas A. 2016. Karakteristik Visualisasi Nyala Api pada Bunsen Burner danSlot Burner Dengan Bahan Bakar Metana. Malang : Universitas Brawijaya

Pranoto, Bayu. 2012. Pengaruh Variasi Air Fuel Ratio (AFR) terhadap KarakteristikApi Pembakaran Premixed Minyak Kapuk pada Burner. Malang: UniversitasBrawijaya.

Turn, S.R 2010. An Introduction to Combustion, Concept and Aplication. Pennsylvania:McGrawHill.

Wardana, I.N.G. 2008. Bahan Bakar dan Teknologi Pembakaran. PT. Dinar Wijaya.Brawijaya University Press: Malang.

skripsi - repository.ub.ac.idrepository.ub.ac.id/814/1/rachmad budi wicaksono.pdf · pengaruh...

Documents