analisis emisi karbon monoksida (co) dan distribusi
TRANSCRIPT
*) Program Studi Teknik Lingkungan FT UNDIP Jl. Prof. H. Sudarto, SH Tembalang Semarang
1
ANALISIS EMISI KARBON MONOKSIDA (CO) DAN DISTRIBUSI ALIRAN GAS PEMBAKARAN PADA UDARA DALAM RUANG DAPUR RUMAH TANGGA MENGGUNAKAN
MODEL COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)
Arief Hidayat; Haryono Setiyo Huboyo*), Sri Hapsari Budisulistiorini*),
ABSTRACT
Compared to other rooms in a house, kitchen has a potential to have poor air quality due to the increase emission of pollutants from combustion of fuel during cooking time. One of pollutants emitted from incomplete combustion in the kitchen is carbon moxide (CO). Type of cooking stove and fuel are affecting the CO formation and the distribution of combustion flow during combustion process. Therefore, this research aims to analyse the effect of fuel types to emission of CO and the distribution of combustion flow in a kitchen. Sampling measurement of CO emission was conducted using direct reading instrument method wherein the result is available promptly at the time of measurement. It was found that Liquified Petroleum Gas (LPG) resulted in the lowest CO emission of 5,83 ppm. The highest emission of CO was 118,42 ppm from charcoal stove, and kerosene stove at the second with 64,08 ppm. Computational Fluid Dynamics (CFD) modelling have been performed to visualize the distribution flow of combustion, with Fluent 6.2 as the software. Based on the results combustion from charcoal stove released a bigger and a wider combustion flow, other than the LPG’s and kerosene’s, that can be harmful while someone standing in front of it.
Keywords: LPG, kerosene, charcoal, CO emission, computational fluid dynamics.
A. PENDAHULUAN
Rumah sebagai salah satu tempat manusia beraktifitas tidak bisa dilepaskan sebagai sumber pencemaran udara dalam ruang. Berbagai bahan yang terdapat dalam ruangan yang melepaskan gas atau partikel ke udara merupakan sumber utama dari masalah kualitas udara dalam rumah (Ide, 2007). Sebagai contoh di dalam dapur, penggunaan kompor sebagai alat memasak menghasilkan sumber pencemar yaitu gas karbon monoksida (CO), sebagai hasil reaksi pembakaran tidak sempurna.
Oleh Chiang et al (2000), yang melakukan penelitian di Taiwan, menunjukkan bahwa konsentrasi rata-rata tertinggi CO dalam dapur rumah tangga terjadi selama periode memasak menggunakan kompor gas dengan nilai konsentrasinya (waktu 24 jam rata-rata) yang bervariasi dari 0,1-13,9 ppm. Sementara Lee et al (2008) melakukan penelitian di Pakistan dengan mengukur kadar gas CO dari pembakaran kompor berbahan bakar biomass (kayu bakar) menghasilkan nilai rata-rata konsentrasi 29,4 ppm dalam periode pengukuran delapan jam.
Material karbon yang mudah terbakar termasuk kayu, batubara, gas, bensin, solar, minyak, sampah organik, dan produk rokok (Hess-Kossa, 2002). Saat ini di Indonesia, karena bagian dari program konversi energi
yang dilakukan oleh pemerintah, sebagian besar penduduknya sudah beralih menggunakan bahan bakar gas, atau biasa disebut LPG (Liquefied Petroleum Gas), untuk memasak. Pemerintah memberikan secara cuma-cuma kompor beserta tabung gas berukuran tiga kilogram. Namun sebagian kecil lainnya masih menggunakan minyak tanah, kayu bakar, dan arang sebagai bahan bakar kompor.
Untuk menganalisis kegiatan pencemaran udara dalam ruang, khususnya dalam ruang dapur yang menggunakan kompor berbahan bakar LPG, minyak tanah dan arang maka dibutuhkan sebuah kajian yang memadukan teknik pengukuran langsung dengan sebuah program simulasi. Simulasi dilakukan menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD) dengan Fluent 6.2 sebagai software-nya. Program ini mulai banyak dikenal dan digunakan sebagai alat yang memudahkan pekerjaan analisis untuk melihat pola aliran transportasi dan distribusi gas dalam ruang.
B. METODOLOGI
Selengkapnya diagram alir metodologi penelitian dapat dilihat dalam Gambar 3. Dalam diagram alir tersebut dibagi dalam tiga tahapan, yaitu:
*) Program Studi Teknik Lingkungan FT UNDIP Jl. Prof. H. Sudarto, SH Tembalang Semarang
2
1) Tahapan pendahuluan merupakan segala persiapan yang perlu dilakukan untuk mendukung terlaksananya penyusunan tugas akhir, yaitu pemahaman lebih mendalam mengenai permasalahan tugas akhir didahului dengan studi pustaka, perijinan, penyusunan dan persetujuan proposal. Kemudian kegiatan survei untuk mempersiapkan segala alat-alat dan tempat penelitian.
Alat-alat yang akan digunakan pada penelitian yaitu stop watch, meteran, termo-higrometer (merek Hanna HI 9565), untuk pengukuran nilai kelembaban dan suhu, CO Digital Analyzer (merek AZ Instruments), untuk pengukuran nilai emisi karbon monoksida (CO), sebuah kompor LPG, minyak tanah, dan arang. Kalibrasi dan cara penggunaan termo-higrometer Hanna dan CO Digital Analyzer telah dilakukan menurut panduan operasional.
(a) (b) Gambar 1
(a) Termo-Higrometer Hanna, (b) CO Digital Analyzer
(a) (b) (c) Gambar 2 Kompor yang diguanakan;
(a) kompor LPG, (b) kompor minyak tanah, (c) kompor arang
Lokasi penelitian yaitu berada pada dapur rumah yang berada di kota Semarang, tepatnya di jalan Tembalang Baru 2 no.100. Dapur berbentuk balok, dengan sebuah meja, sebuah ventilasi dan sebuah bukaan yang membentuk tipe cross ventilation. Spesifikasi geometri dapur dijelaskan pada Tabel 1.
2) Tahap pelaksanaan yaitu segala proses kegiatan pengolahan data. Terdapat tiga kegiatan dalam tahap ini, yaitu pengukuran untuk uji pendahuluan, pengukuran untuk
data primer, dan simulasi permodelan pembakaran.
Tabel 1 Geometri Kompor Dan Dapur
Jenis Geometri Ukuran (PxLxT cm)
Kompor:
Kompor LPG
Kompor minyak tanah
Kompor arang
Dapur:
Volume dapur
Meja dapur
Jendela
Bukaan (a)
Bukaan (b)
32 x 36 x 9
24 x 25 x 23
22 x 15 (silinder)
254 x 292 x 274
50 x 292 x 81
45 x 200
93 x 75
45 x 159
Pada uji pendahuluan pengukuran
dilakukan selama 75 menit, dimana dalam periode waktu tersebut dibagi dalam empat sesi; pengukuran sebelum kegiatan pembakaran kompor (untuk melihat kondisi awal atau background level) selama 30 menit, pengukuran dengan pembakaran kompor hanya nyala api saja selama 15 menit, pengukuran dengan memasak air selama 15 menit, dan pengukuran dengan memasak masakan (dalam kegiatan ini yaitu memasak nasi goreng) selama 15 menit. Waktu tersebut ditentukan berdasarkan rata-rata ibu rumah tangga memasak di dapur. Pengukuran ini bertujuan sebagai justifikasi data primer.
Untuk data primer dilakukan pengukuran pada tiga perilaku berbeda, yaitu pembakaran kompor dengan bahan bakar LPG (Liquefied Petroleum Gas), minyak tanah, dan arang, masing-masing total selama 60 menit. Selama periode waktu tersebut pengukuran dilakukan sebanyak tiga kali, sebagai validasi untuk perhitungan statistik, dengan masing-masing pengukuran dilakukan dalam waktu 15 menit.
Data-data yang diambil dalam kegiatan pengukuran uji pendahuluan dan data primer adalah konsentrasi emisi CO, suhu, dan kelembaban relatif (relative humidity). Titik pengukurannya ditentukan pada empat posisi di sekitar kompor; sisi depan, kanan, belakang, dan kiri, masing-masing dengan ketinggian 120 cm dari dasar lantai dan 20 cm dari titik tengah sumbu pembakaran kompor, dengan posisi kompor ada ditengah-tengah meja dapur.
*) Program Studi Teknik Lingkungan FT UNDIP Jl. Prof. H. Sudarto, SH Tembalang Semarang
3
Simulasi menggunakan model
pencampuran pembakaran (premixed combustion). Premixed combustion adalah pencampuran bahan bakar dan oksidator pada tingkat molekul sebelum terjadi pengapian (Fluent 6.2 User’s Guide, 2005). Lebih spesifik dalam model pencampurannya dipilih model non- adiabatic, karena reaksi kimia pencampuran kedua elemen ini menghasilkan energi panas yang berpindah antara sistem dengan lingkungan dalam ruang.
Kemudian hasil simulasi adalah berupa
visualisasi distribusi gas pembakaran dan nilai suhu dalam ruang ketika terjadi pembakaran. Untuk langkah-langkah simulasi dijelaskan melalui Gambar 4.
3) Tahap analisis dan pembahasan akan menjelasakan hasil kegiatan pengukuran langsung (uji pendahuluan dan pengukuran data primer) dan hasil simulasi permodelan dari program Fluent pada pola distribusi aliran gas pada pembakaran kompor dari masing-masing perlakuan dan nilai suhu pembakarannya.
PENDAHULUAN
PELAKSANAAN
ANALISIS DATA
MULAI
STUDI LITERATUR
PERSIAPAN
SURVEI AWAL
LOKASI PENELITIAN
ALAT-ALAT PENELITIAN
PENENTUAN WAKTU
PENGUKURAN
PENGUKURAN DATA PRIMER:- Konsentrasi CO- Suhu- Kelembaban
DATA SEKUNDER:- Data penggunaan bahan bakar- Data metereologi- Faktor emisi
PENENTUAN INPUT PROGRAM
SIMULASI PROGRAM
VALID?
ANALISIS HASIL DAN PEMBAHASAN
KESIMPULAN DAN SARAN
SELESAI
VISUALISASI PERMODELAN
tidak
ya
ANALISIS PERMODELAN
PERHITUNGAN DATA SEKUNDER
UJI PENDAHULUAN- Konsentrasi CO- Suhu- Kelembaban
Gambar 3 Metodologi Penelitian
*) Pro Jl. P
secdade(tepe
ke
Ch
dimanA = B = C =
Preproc
Solvi
Postproc
gram Studi TekProf. H. Sudarto
Visualisascara deskripti
ahulu dibandengan nilai erukur) sesuengukuran.
Adapun uesalahan yang
hecking error
na, Nilai pengukNilai hasil simSelisish A de
Data Sifat Fisik
ya
cessing
ing
essing
DiagSim
Sum
knik Lingkungao, SH Tembalan
si aliran distrif dan nilai sdingkan (chsuhu penguk
uai dengan
untuk mengeterjadi mengg
r = A-B =
……….
kuran langsungmulasi engan B
Mu
Sele
Pembuatandan Me
PendefinisiBatas dan
Pengecek
Mebaik
Pola DisKonsen
suhu
Proses N
PenenKondisi
Iteraerro
PenentuanPersamaan
Mate
Gambar 4 gram Alir Prosmulasi Progra
mber: Tuakia, 2
an FT UNDIP ng Semarang
ribusi dijelasksuhunya terlebhecking errokuran langsu
posisi ti
etahui besarngunakan rumu
x 100%
. (persamaan
g
ulai
esai
n Geometri eshing
ian Bidang Geometri
kan Mesh
esh k?
stribusi ntrasi, , dll
Numerik
ntuan i Batas
asi or?
tidak
ya
tidak
n Solver, , dan Sifat erial
sedur am 2008
kan bih or)
ung itik
nya us:
n 1)
C
A Pepesediko
Ta
Ba
Ha
M
M
baakCO0Catdanypa
baTe(6dimmdiMmkediatpe
. ANALISIS
nalisis Uji Pe
engukuran ujiengukuran unebagai justifikigunakan untuompor berbah
abel 2 Perban
dan Ke
Perilaku
ackground level
anya nyala api
emasak air
emasak masakan
Dari T
ackground levktifitas pembaO adalah nol
C, dan kelemtau disingkat an kelembabayaman yaitu anas), dan 30-
Gambar 3Emisi C Pada t
ahwa nilai ertinggi ada p
6,33 ppm). Nikarenakan tin
meningkat atamempengaruhi
imasak sertaMemasak mamengeluarkan
emungkinan ikandung dalatom C keembentukan g
S DAN PEMB
endahuluan
i pendahuluanntuk data primkasi data primuk kegiatan pean bakar LPG
ndingan Nilaielembaban Pa
Waktu
30 menit
15 menit
15 menit
n 15 menit
Tabel 2 dapat vel, yaitu konakaran atau m
(0), dengan mbaban relatif
RH) sebesar an ini masih 23-30 0C (u
-50% RH (Szo
3 Grafik PerbaCO Pada Uji P
iga kegiatan bemisi CO
pada kegiatanNilai-nilai inngkatan kegiaau adanya
seperti jena peralatan asakan, yai
emisi CO karena zat
am nasi memudara, hingg
gas CO lebih b
BAHASAN
n dilakukan semer yang bermer. Komporengukuran ini G.
i Emisi CO, Suada Uji Pendah
CO (ppm)
Suh(0C)
0,00 29,8
4,50 41,6
5,00 40,5
6,33 37,5
terlihat bahwdisi sebelum
memasak, nilaisuhu sebesar
f (relative hu42,89%. Niladalam batas
untuk daerah okolay, 1980).
andingan NilaPendahuluan
berikutnya dikmakin meni
n memasak mani terus bertatannya yang faktor-faktor
nis masakan yang digu
tu nasi gyang lebih karbohidrat
mberikan konga peluang besar.
4
ebelum rtujuan r yang adalah
uhu, huluan
u )
Kel (%)
82 42,89
63 28,43
51 30,18
54 35,31
wa pada terjadi i emisi
29,82 umidity ai suhu s zona
iklim .
ai
ketahui ingkat. asakan ambah makin
yang yang
unakan. goreng,
besar yang
ntribusi untuk
*) Pro Jl. P
Gam
suhu aktifitmemakecenmeninbahwakelemsebali
Anali
TabelTerlihkompyaitu nilai jenis dikatadi bawyaitu (WHOpembcukup Tabel
emisi bahanarang diban
Ko
KoTa
Ko
gram Studi TekProf. H. Sudarto
mbar 4 Grafik PKelembaban
Pada perb
dan kelembtas pembakarasak air, ndrungan suhungkat. Hal ina pada saa
mbaban akaniknya.
isis Pengukur
l 3 adalah hasihat perbandinpor LPG meng
5,83 ppm, seemisinya sebbahan baka
akan dalam kawah standar k90 ppm untu
O dalam Pakaran dari k
p besar, yakni
l 3 Perbandingdan KelembBerbahan Bdan Arang
Gambar CO yang sign
n bakar biomamenghasilk
dingkan kom
Perilaku
ompor LPG
ompor Minyak anah
ompor Arang
knik Lingkungao, SH Tembalan
Perbandingan n Pada Uji Pen
bandingan-permbaban diliha
ran hanya pdan mema
unya turun dni telah sesuaat suhu men menurun,
ran Data Prim
il pengukuranngan nilai-nigeluarkan emedangkan daresar 64,08 pp
ar ini nilainyadar yang baikkonsentrasi Cuk waktu rat
Penney, 200kompor arang118,42 ppm.
gan Nilai Emisbaban Pada K
Bakar LPG, M
5 menunjuknifikan antara ass. Kompor
kan gas COmpor minyak t
CO (ppm)
S(
5,83 39
64,08 4
118,42 49
an FT UNDIP ng Semarang
Nilai Suhu dandahuluan
rbandingan niat bahwa sapada nyala aasak masakdan kelembabai dengan teeningkat ma
begitu pu
mer
n nilai emisi Cilainya, dimaisi CO terendri minyak tanpm. Dari kedya masih b
k karena masihCO dalam ruaa-rata 15 me8). Sedangk
g nilai emisin
si CO, Suhu, Kompor Minyak Tanah,
kkan perbedakompor dengberbahan bak paling tingtanah dan LP
Suhu (0C)
Kel (%)
9,48 32,12
1,39 29,82
9,00 21,50
an
ilai aat
api, kan ban ori
aka ula
CO. ana dah nah dua isa h ang enit kan nya
aan gan kar ggi
PG.
Mbayamseunda(Om(kdiya
daJekopebaLPcoseakdidasa
arsetepemdaKtekaprsetidbase(A
baar
Menurut Ndiemakar biomassang pada
menghasilkan aehingga dengantuk terbentuari reaksi atoO2), lebih besa
monoksida yankayu bakar iletakkan padaang sangat bai
Gambar 5Emisi CO P
Jenis apat dikatakaenis kompor bompor mekembakaran daaik. Cara pemPG adalah pombustion). Pebuah proseskustik yang mimana bahan alam sebuah angat cepat (A
Sedangrang adalah ederhana. Carrus menerus engaturan ud
masuknya oksalam tungku p
Keadaan ini rbentuknya parena kurangroses oksidaempurna mendak efisien ahaya akibat terta kontribuASHRAE, 200
Kemudahwa suhu dirang lebih
ma (1997), aa berbentuk proses akhi
atom karbon (an nilai sebesuknya emisi om karbon (Car. Dan karena
ng tinggi, makatau arang) a tempat yangik (Ndiema, 1
5 Grafik PerbaPada Penguku
kompor yanan sebagai faberbahan bakakanis, dengaan pengaturan
mbakaran yangpembakaran yPembakaran ys penyerapanmembakar dal
bakar denganrangkaian
ASHRAE, 200gkan kompor
jenis komra pembakara
(continuous aranya untuksigen/udara (pembakaran t
memberikanembakaran ya
gnya kebutuhasi. Pembaknghabiskan b
sehingga daterbentuknya
usinya terhad05). dian pada Gami sekitar komp
tinggi diba
arang adalah padat (solid
ir pembakar(C) sebesar 74ar ini kemungkarbon monoC) dengan oa nilai emisi k
ka kompor biodisarankan
g memiliki ve997).
andingan Nilauran Data Prim
ng digunakanaktor perbedaar LPG adalahan desain n udara yang g digunakan kyang teratur yang teratur n resonansi lam jumlah sn udara berkpembakaran
5). r minyak tana
mpor yang annya terjadi
combustion)k suplai kebu(excess oxygeterjadi secara n peluang ang tidak sem
han oksigen karan yang bahan bakar apat menimbkarbon mono
dap polusi
mbar 6 dapat por berbahan
andingkan k
5
bahan fuel),
rannya 4,05%, gkinan oksida, ksigen karbon omassa
untuk entilasi
ai mer
n juga aannya. h jenis untuk
sangat kompor
(pulse adalah secara
sedikit, kumpul
yang
ah dan sangat secara ), dan utuhan en/air) alami. untuk
mpurna untuk tidak
secara bulkan oksida,
udara
dilihat bakar
kompor
*) Pro Jl. P
berbahtingkaarang ASHRkimiacepat energyang bertem
DisribKomp
Hasil Gambpembarang berasasebuaal, 2ketingmenymelaluyang memphamp
pembsampinaik bbukaaselurubergerdan vberbepende
pembwarna(tungkdari sebesayang zona t
gram Studi TekProf. H. Sudarto
han bakar lat kelembaba
merupakan RAE (2005) a dimana sebu
dengan bahai yang tersim
pada umumperatur tingg
Gambar 6 Pedan Kelemb
D
busi Alirapor LPG, Mi
simulasi pembar 7. Terlihaakaran komphampir sama
al dari pembaah pergerakan 2000). Ketikggian langiebar ke duaui ventilasi
berada pengaruhi beir simetris.
Namun adakaran komping kanan secaberbenturan dan. Sedangkanuh aliran yangrak ke atas. volume kompda (tinggi
ek). Untuk b
akaran, nilaia merah, yku) dengan ntungku kece
ar 0,475 m/smenyebar dantungku menye
knik Lingkungao, SH Tembalan
lainnya. Naman kompor b
yang terenpembakaran
uah oksidan ban bakar untukmpan sebagaiumnya dalamgi.
erbandingan Naban Pada Pen
Data Primer
an Model inyak Tanah,
mbakaran dapat pola distri
por LPG, mina. Energi konvakaran kompoudara ke arah
ka alirannya it-langit kea sisi lalu bdan bukaan.
ditengah-tentuk pola
da sebagian kpor LPG yanara horizontaldengan dindinn pada kompog keluar dari t
Hal ini dikapor diantara kompor LPG
besaran keci terbesar d
yang berada nilai 0,5 m/s.epatan alirans hingga 0,1n makin menjebabkan besar
an FT UNDIP ng Semarang
mun sebaliknberbahan bakndah. Menu
n adalah reakbereaksi dengk membebaski energi pan
m bentuk g
Nilai Suhu ngukuran
Pembakar, dan Arang
pat dilihat paibusi aliran gnyak tanah, dveksi panas yaor menyebabkh atas (Chiang
berada paemudian akbergerak kelu
Letak komptengah judistribusi ya
kecil dari alirng bergerak l yang kemuding menuju aror minyak tantungku langsuarenakan bentkeduanya yaG yang leb
cepatan alirditandai deng
pada sumb Setelah kelu
nnya bervari75 m/s. Alirauh ke atas dran aliran mak
nya kar
urut ksi
gan kan nas, gas
ran
ada gas dan ang kan g et ada kan uar por uga ang
ran ke
ian rah nah ung tuk ang bih
ran gan ber uar asi ran
dari kin
m(b
G(a)
VM
Vmtemtetepe
mengecil dari kberwarna biru)
Gambar 7 Perg
Kompor LPG(
alidasi SuhuMinyak Tanah
alidasi (Tamenghitung pe
rukur denganmenggunakan
rlihat kesalarjadi pada embakaran ko
kisaran 0,025).
(a)
(b)
(c)
gerakan AliraG, (b) Kompo(c) Kompor A
u Pembakarah, dan Arang
abel 4) dersentase kesan suhu hasil s
persamaan 3ahan rata-rata
pembakaranompor LPG
5 m/s hingga
an Gas Pembakor Minyak TanArang
an Kompor
ditentukan dalahan antaraimulasi perm.1. Untuk ha
a terbesar 6n kompor 22,02%, dan
6
0 m/s
karan nah,
LPG,
dengan a suhu odelan asilnya
62,78% arang,
n yang
*) Program Studi Teknik Lingkungan FT UNDIP Jl. Prof. H. Sudarto, SH Tembalang Semarang
7
Tabel 4 Persentase Kesalahan Nilai Suhu Pada Pembakaran Kompor LPG, Minyak Tanah, dan Arang
terkecil 1,63% pada pembakaran kompor minyak tanah.
Data yang dimasukan dalam simulasi Fluent 6.2 pada pembakaran kompor arang diasumsikan menggunakan material padat kayu (wood) karena dalam Fluent Database Material tidak ada bahan bakar arang, namun untuk suhu pengapian diasumsikan menggunakan suhu pengapian charcoal (arang) sebesar 315,56 0C (ASHRAE, 2005). Pada simulasi pembakaran LPG diasumsikan menggunakan material propana (C3H8) dengan suhu pengapian 466 0C (ASHRAE, 2005). Namun untuk fakta dilapangan seperti diketahui LPG di Indonesia untuk kebutuhan domestik merupakan campuran antara propana dan butana. Pada pembakaran minyak tanah material pembakaran menggunakan kerosene (C12H23), dengan suhu pengapian sebesar 210 0C (Speight, 2006). Asumsi material dan suhu pengapian yang sama ini menjadikan persentase kesalahan pada pembakaran kompor minyak tanah kecil.
Distribusi Suhu Model Pembakaran Kompor LPG, Minyak Tanah, dan Arang
Dalam Gambar 8 adalah gambar kontur suhu pembakaran. Dari ketiganya terlihat bentuk kontur suhu yang keluar dari kompor memiliki bentuk yang sama, yaitu setengah kubah. Namun untuk volume, kontur suhu pembakaran dari ketiga kompor secara berurutan makin membesar. Sama seperti perbedaan pada
volume aliran pembakaran, hal ini juga disebabkan oleh sifat dari material yang berbeda dari ketiganya.
Pada kompor LPG nilai suhu terbesar, yang berasal dari tungku kompor, adalah 459 0C (berwarna merah). Nilai suhu ini berbeda dari nilai suhu pengapian yang dimasukan dalam kondisi batas (466 0C) dikarenakan model pembakaran yang digunakan adalah model non-adiabatik, sehingga terjadi pertukaran panas dengan daerah sekitarnya yang kemudian menyebabkan suhu turun seketika alirannya keluar dari tungku. Hal ini juga berlaku bagi kedua kompor berikutnya, dimana pada kompor minyak tanah nilai suhu pembakaran terbesar adalah 205 0C (suhu pengapian 210 0C), dan pada kompor arang 313 0C (suhu pengapian 315,56 0C).
Untuk suhu terluar terlihat perbedaan dari ketiganya, pada kompor LPG kontur suhu terus menurun dari sumbernya hingga 51,4 0C (berwarna biru). Sebagai perbandingan suatu
penelitian yang pernah dilakukan di Taiwan, yang juga menggunakan simulasi pembakaran kompor LPG dengan permodelan CFD, diketahui bahwa di sekitar breathing level nilai suhunya sebesar 60 0C (Chiang et al, 2000). Kemudian dari kompor minyak tanah suhunya sebesar 38,9 0C, dan dari kompor arang sebesar 73,0 0C. Perbedaan ketiga nilai suhu ini bisa disebabkan oleh sifat material bahan bakar yang digunakan.
Jenis Material Posisi
Titik (cm) Suhu Suhu Kesalahan
Kompor Fluent x y z Terukur (C) Simulasi
(C) (%)
LPG Propane
Depan 146 120 45 38,50 30,00 22,08
Kanan 166 120 25 38,97 30,00 23,02
Belakang 146 120 5 41,98 51,40 22,44
Kiri 126 120 25 38,47 30,00 22,02
Rata-Rata 39,48 35,35 22,39
Kerosene
Depan 146 120 45 40,85 38,90 4,77
Minyak Kanan 166 120 25 38,80 38,90 0,26
tanah Belakang 146 120 5 47,20 47,67 1,00
Kiri 126 120 25 38,72 38,90 0,47
Rata-Rata 41,39 41,09 1,63
Arang Wood
Depan 146 120 45 49,97 73,00 46,10
Kanan 166 120 25 45,52 73,00 60,38
Belakang 146 120 5 55,33 101,28 83,04
Kiri 126 120 25 45,17 73,00 61,62
Rata-Rata 49,00 80,07 62,78
*) Program Studi Teknik Lingkungan FT UNDIP Jl. Prof. H. Sudarto, SH Tembalang Semarang
8
(a)
(b)
(c)
Gambar 8 Kontur Suhu Pembakaran (a) Kompor LPG, (b) Kompor Minyak Tanah,
(c) Kompor Arang
Khusus pada kontur suhu pembakaran kompor arang terlihat kontur suhu lainnya pada bagian dalam ruang menuju ke bukaan. Kontur ini adalah hasil akumulasi dari perpindahan panas secara konduksi yang terjadi dari sumber kompor ke seluruh ruangan, dimana nilainya makin menurun berkisar dari 58,9 0C hingga 44,7 0C. Hal ini menandakan bahwa suhu ruangan berada pada kisaran tersebut. Di lain pihak, hasil ini disebabkan oleh luas permukaan tungku kompor arang yang besar (314,16 cm2) sehingga volume suhu yang keluar (dan juga volume distribusi aliran) besar. Oleh sebab itu juga maka disarankan untuk menggunakan kompor arang pada ruangan yang memiliki ventilasi yang besar.
Pengaruh Aliran Pembakaran Kompor Terhadap Posisi Seseorang Memasak
Dapur penelitian yang digunakan adalah dapur berbentuk kubus, dimana di kedua sisinya terdapat ventilasi dan bukaan (membentuk pola cross-ventilation). Ketika terjadi pembakaran dari sumber kompor terlihat aliran pembakarannya membumbung ke atas yang kemudian ketika mencapai langit-langit alirannya membelah kearah ventilasi dan bukaan.
(a) (b)
(c) Gambar 9 Aliran Pembakaran Kompor Dengan
Posisi Orang Memasak (a) Kompor LPG, (b) Kompor Minyak Tanah,
(c) Kompor Arang Untuk pekerjaan di dapur kerja berdiri sering dilakukan (Soewarno, 2004). Menurut Suyatno (1985), dalam Soewarno (2004), wanita Indonesia mempunyai tinggi badan rata-rata 155 cm – 160 cm. Dengan sumber literatur ini diasumsikan tinggi orang dalam permodelan adalah 160 cm, dan untuk jarak orang dari titik tengah sumbu kompor adalah 55 cm. Dalam Gambar 9 pada pembakaran kompor LPG dan minyak tanah dengan posisi orang tersebut tampak tidak ada gangguan yang dialami. Sedangkan pada pembakaran dari kompor arang terlihat aliran pembakarannya yang lebih tebal dan besar sehingga orang tersebut mengalami gangguan. Hal ini dianggap membahayakan karena aliran pembakaran yang keluar dari kompor membawa partikel-partikel (polutan) sisa pembakaran yang tidak sempurna (contohnya gas karbon monoksida).
*) Program Studi Teknik Lingkungan FT UNDIP Jl. Prof. H. Sudarto, SH Tembalang Semarang
9
D. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Kuantitas emisi CO tertinggi pada
pengukuran terjadi pada kompor berbahan bakar arang sebesar 118,42 ppm sedangkan kompor LPG menghasilkan emisi CO yang paling kecil yaitu 5,83 ppm, dan minyak tanah sebesar 64,08 ppm. Emisi CO sangat dipengaruhi oleh jenis bahan bakar yang digunakan, serta bentuk sistem pembakarannya yang terkait dengan jenis kompor. Bahan bakar biomassa padat (arang) menghasilkan emisi CO lebih tinggi karena kemungkinan reaksi pembentukan atom karbon yang lebih tinggi dibandigkan dua bahan bakar lainnya.
2. Hasil simulasi permodelan CFD Fluent 6.2 pada pembakaran kompor LPG, minyak tanah, dan arang memperlihatkan persamaan pola distribusi aliran pembakarannya. Perbedaan terlihat pada volume alirannya, dimana pembakaran pada kompor arang menghasilkan volume pembakaran yang lebih besar daripada kedua bahan bakar lainnya. Untuk visualisasi kontur suhu pembakaran memperlihatkan bentuk yang sama diantara ketiga kompor yaitu berbentuk seperti setengah kubah. Namun untuk ukuran volumenya, kontur suhu pembakaran dari ketiga kompor secara berurutan makin membesar. Nilai suhu terluar dari ketiga kontur tersebut juga berbeda, pada kompor LPG sebesar 51,4 0C, pada kompor minyak tanah sebesar 38,9 0C dan pada kompor arang 73,0 0C.
E. SARAN Penelitian pada laporan ini belum
menggunakan variabel dengan jelas antara variabel terikat dengan variabel bebas. Untuk penelitian lebih lanjut dapat ditambahkan jumlah variabel terikatnya, sehingga hubungan dengan variabel bebasnya dapat lebih signifikan.
Khususnya pada permodelan CFD Fluent 6.2 dapat dilakukan simulasi tentang distribusi partikel polutan. Model pembakaran premixed combustion yang digunakan pada simulasi penelitian ini secara prosedural tidak mampu menampilkan model polutan. Model pembakaran partially premixed combustion adalah model pembakaran yang tepat, namun dalam tahapan simulasinya harus memasukkan data-data dan model reaksi kimia lainnya yang
dibuat dengan bantuan software lainnya yang berkaitan. DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2005. Fluent 6.2 User’s Guide. Lebanon: Fluent Inc.
American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers. 2005. ASHRAE Fundamental Handbook 2005 (SI Edition). Atalanta: AHSRAE Publisher
Chiang, Che-Ming, Chi-Ming Lai, Po-Cheng Chou, Yen-Yi Li. 2000. The Influence of an Architectural Design Alternative (Transoms) on Indoor Air Environment in Conventional Kitchens in Taiwan. Building and Environment 35 (2000) 579-585.
Hess-Kosa, Kathleen. 2002. Indoor Air Quality: Sampling Methodologies. Florida: Lewis Publisher.
Lee, K., A.R. Siddiqui, D. Bennet, X. Yang, K.H. Brown, Z.A. Bhutta, E.B. Gold. 2008. Indoor Carbon Monoxide and PM2.5 Concentrations by Cooking Fuels in Pakistan. Indoor Air 2009: 19: 75-82.
Ndiema, C.K.W., F.M. Mpendazoe, A. Williams. 1997. Emmision of Pollutans From a Biomass Stove. Energy Convers Mgmt Vol. 39, No.13, pp 1357-1367.
Penney, David G. 2008. Carbon Monoxide Poisoning. Florida: CRC Press.
Speight, James G. 2006. The Chemistry and Technology of Petroleum, Fourth Edition. Florida: CRC Press.
Soewarno, Aik. 2004. Dapur Rumah Tinggal Yang Ergonomis Bagi Penghuninya. Denpasar: Fakultas Teknik Program Studi Arsitektur Universitas Udayana.
Szokolay, SV. 1980. Environmental Science Handbook for Architects and Builders. Cancaster: The Construction Press.
Tuakia, Firman. 2008. Dasar-Dasar CFD Menggunakan Fluent. Bandung: Informatika.