9
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Biomassa
Salah satu sumber energi alternatif yang besar peluangnya untuk
dikembangkan pemanfaatannya di Indonesia ialah energi biomassa. Indonesia
memiliki sumber biomassa yang melimpah, sehingga potensi untuk
menjadikannya sebagai sumber energi (bahan bakar) sangatlah besar. Sebagai
sumber energi, biomassa memiliki beberapa keuntungan terutama dari sifat
terbarukannya, dalam arti bahan tersebut dapat diproduksi ulang. Selain itu, dari
segi lingkungan, penggunaan biomassa sebagai bahan bakar memiliki 2 segi
positif yaitu 1) bersifat mendaur ulang CO2, sehingga emisi CO2 ke atmosfir
secara netto berjumlah nol, dan 2) sebagai sarana mengatasi masalah limbah
pertanian.
Menurut Daryanto (2007), Biomassa adalah keseluruhan makhluk hidup
(hidup atau mati), misalnya tumbuh-tumbuhan, binatang, mikroorganisme, dan
bahan organik (termasuk sampah organik). Unsur utama dari biomassa adalah
bermacam-macam zat kimia (molekul) yang sebagian mengandung atom karbon.
Bila kita membakar biomassa, karbon tersebut dilepaskan keudara dalam bentuk
karbon dioksida (CO2). Energi biomassa merupakan energi tertua yang telah
digunakan sejak peradaban manusia dimulai, sampai saat inipun energi biomassa
masih memegang peranan penting khususnya di daerah pedesaan.
Biomassa sangat beragam jenisnya yang pada dasarnya merupakan hasil produksi
dari makhluk hidup. Biomassa dapat berasal dari tanaman perkebunan atau
pertanian, hutan, peternakan atau bahkan sampah. Biomassa (bahan organik)
dapat digunakan untuk menyediakan panas, membuat bahan bakar, dan
membangkitkan listrik, hal ini disebut bioenergi. Bioenergi berada pada level
kedua setelah tenaga air dalam produksi energi primer terbarukan di Amerika
Serikat (Anonim, 2008).
Indonesia terdapat cukup banyak atau mempunyai potensi sumber energi
alternatif yang dapat dikembangkan, baik dengan penerapan teknologi tinggi
maupun teknologi sederhana. Indonesia memiliki potensi energi terbarukan
10
sebesar 311,23 GW, namun kurang lebih hanya 22% yang dimanfaatkan. Sumber
energi terbarukan yang tersedia antara lain bersumber dari tenaga air (hydro),
panas bumi, energi surya, energi angin, dan biomassa. Potensi energi terbarukan
di Indonesia banyak belum dimanfaatkan karena harga BBM masih murah. Pada
Tabel 1 dijelaskan, Indonesia memiliki potensi energi biomassa sebesar 50.000
MW, tetapi hanya 320 MW yang dimanfaatkan atau hanya 0,64 % dari seluruh
potensi yang ada (Sodikin, 2011).
Tabel 1. Potensi energi terbarukan di Indonesia
Sumber: Ditjen Listrik dan Pemanfaatan Energi, 2001.
Potensi biomassa yang besar di negara, hingga mencapai 49,81 GW tidak
sebanding dengan kapasitas terpasang sebesar 302,4 MW. Bila kita maksimalkan
potensi yang ada dengan menambah jumlah kapasitas terpasang, maka akan
membantu bahan bakar fosil yang selama ini menjadi tumpuan dari penggunaan
energi. Hal ini akan membantu perekonomian yang selama ini menjadi boros
akibat dari anggaran subsidi bahan bakar minyak yang jumlahnya melebihi
anggaran sektor lainnya.
Energi biomassa menjadi penting bila dibandingkan dengan energi
terbaharukan karena proses konversi menjadi energi listrik memiliki investasi
yang lebih murah bila dibandingkan dengan jenis sumber energi terbaharukan
lainnya. Hal inilah yang menjadi kelebihan biomassa dibandingkan dengan energi
lainnya. Proses energi biomassa sendiri memanfaatkan energi matahari untuk
merubah energi panas menjadi karbohidrat melalui proses fotosintesis yang
selanjutnya diubah kembali menjadi energi panas (Prambudi, 2008).
Biomassa sebagai sumber energi di Indonesia umumnya diperoleh dari :
11
- Areal hutan (limbah tebangan, patahan cabang, dan ranting)
- Pertanian (limbah pertanian)
- Perkebunan (limbah pasca panen dan limbah pengolahan)
- Areal pemukiman (pohon, tanaman kayu, tinja dan sampah)
- Peternakan (kotoran ternak)
- Limbah (dari beberapa jenis industri)
Indonesia juga memiliki sumber energi biomassa lainnya yang berupa limbah
padi, limbah industri gula, limbah perkebunan karet, limbah industri kelapa sawit,
limbah penebangan hutan, limbah industri perkayuan, limbah industri kayu lapis,
limbah perkebunan kelapa. Pada Tabel 2, dijelaskan tentang potensi limbah
biomassa di Indonesia.
Tabel 2. Potensi limbah di Indonesia
Indonesia diperkirakan memproduksi biomassa sebesar 146,7 juta
ton/tahun atau setara dengan sekitar 470 juta GJ/tahun (Abdullah, 2003).
Sementara nilai potensi biomassa nasional secara keseluruhan termasuk biomassa
yang masih belum terjamah manusia yaitu sekitar 58 GW (Haryanto, 2007). Ada
beberapa cara untuk mengolah biomassa menjadi energi secara lebih bersih
efisien, di antaranya adalah gasifikasi. Gasifikasi merupakan suatu proses untuk
mengkonversi material karbon seperti batubara, minyak dan biomassa menjadi
karbon monoksida dan hidrogen dengan mereaksikan material pada temperatur
tinggi dengan mengontrol oksigen. Hasil campuran gas disebut gas sintesis
12
(synthesis gas) atau biasa disebut dengan syngas. Gasifikasi merupakan metode
yang efisien dalam mengkonversi material orgranik menjadi energi dan
merupakan aplikasi yang bersih. Gas sintesis memiliki dua keuntungan yaitu bisa
dibakar langsung menggunakan motor pembakaran dalam (internal combustion
engine) ataupun diproses lebih lanjut menjadi metanol dan hidrogen (Prambudi,
2008).
2.2. Kompor Biomassa
Kompor biomassa merupakan kompor berbahan bakar biomassa padat.
Bahan biomass adalah semua yang berasal dari makluk hidup, seperti kayu,
tumbuhtumbuhan, daun-daunan, rumput, limbah pertanian, limbah rumah tangga,
sampah dan lain-lainnya. Komponen terpenting biomassa yang digunakan untuk
pembakaran adalah selulosa dan lingno-selulosa. Sejauh ini biomassa padat
terutama kayu sudah dimanfaatkan secara tradisional untuk memasak di
daerahdaerah pedesaan, baik melalui dapur tradisional maupun pembakaran
langsung. Namun, kualitas pembakaran yang jelek mengakibatkan efisiensi
pembakaran biomass sangat rendah. Disamping itu, asap pembakaran
mengakibatkan polusi udara yang berbahaya bagi kesehatan. Pada Gambar 1,
dapat dilihat dapur tradisional secara umum yang ada di masyarakat Indonesia.
Gambar 2.1 Dapur tradisional konsumsi banyak kayu
13
Berbeda dengan kompor briket arang, penggunaan bahan bakar pada kompor
biomassa tidak perlu mengubah biomassa menjadi arang. Secara kimia, asap
pembakaran tersusun atas gas gas diantaranya adalah H2, CO, CH4, CO2B, SOx,
NOx dan uap air. Sebagian gas-gas tersebut, yaitu hydrogen (H2), karbon
monoksida (CO), dan metana (CH4) adalah gas-gas yang dapat terbakar, sehingga
dapat dimanfaatkan menjadi bahan bakar. Untuk meningkatkan efisiensi
penggunaan biomassa sebagai bahan bakar, maka asap yang dihasilkan pada
proses pengarangan harus dibakar lagi untuk kedua kali dan menghasilkan api
yang mempunyai nyala yang lebih bersih (Nurhuda, 2008). Pada Gambar 2,
dijelaskan struktur kompor biomassa gasifikasi.
Gambar 2.2 Struktur kompor biomassa gasifikasi (Nurhuda, 2008).
Komponen dan fungsi dari bagian-bagian kompor biomassa gasifikasi sebagai
berikut :
a. Reaktor
Bagian reaktor berfungsi sebagai tempat bahan bakar biomassa dan tempat
dimana proses gasifikasi dan combustion berlangsung. Bagian reaktor ini
terdiri dari dua lapis silinder seng yaitu tabung luar dan tabung dalam.
14
b. Lubang udara
Kompor biomassa gasifikasi terdapat 2 jenis lubang udara yaitu lubang udara
primer dan lubang udara sekunder. Lubang udara primer mempunyai fungsi
membantu proses pembakaran gasifikasi yang akan menghasilkan gas. Lubang
udara sekunder mempunyai fungsi pembentukan gas yang dihasilkan dari
proses gasifikasi biomassa.
c. Burner
Burner berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran gas hasil
gasifikasi yang digunakan untuk memasak, burner juga merupakan tempat
masuknya udara sekunder untuk membantu pembakaran gas. Karena itu burner
juga merupakan tempat menaruh wajan atau panci.
Besarnya energi yang dihasilkan oleh pembakaran suatu bahan bakar bergantung
pada :
- jumlah karbon yang dikandung dan bentuk senyawanya.
- sempurna atau tidaknya pembakaran.
- terjadinya pembakaran habis.
1. Kandungan Karbon
Semakin besar kandungan karbon dalam suatu bahan, makin baik fungsi
bahan tersebut sebagai bahan bakar karena akan menghasilkan energi yang lebih
besar.
2. Pembakaran Sempurna (complete combustion)
Pembakaran disebut sempurna bila seluruh unsur karbon yang bereaksi
dengan oksigen menghasilkan hanya CO2. Pembakaran yang tidak sempurna akan
menghasilkan zat arang (C), gas CO, CO2, atau O. Secara umum, pembakaran
biomassa dengan oksigen dapat dilukiskan sebagai berikut:
CHxOy + O2 CO2 + H2O
15
3. Pembakaran Habis
Pembakaran bahan bakar disebut pembakaran habis (habis terbakar) bila
seluruh karbon dalam bahan bakar bereaksi dengan oksigen.
2.3. Bahan Bakar
Bahan bakar yang digunakan adalah tatal kayu. Tatal adalah cungkilan,
potongan atau serpihan kayu yang terbuang. Menurut Janto (1979), secara umum
kayu dibagi atas dua golongan, yaitu kayu keras dan kayu lunak. Kayu yang
berasal dari pohon berdaun lebar umumnya keras, sedangkan kayu yang berasal
dari pohon berdaun jarum lebih lunak. Namun diantara pohonβpohon yang sejenis
didapati kekerasan yang berbeda pula, bahkan pada satu jenis pohon kekerasan
batang tidak tetap.
Menurut Arntzen (1994), sifat fisik kayu adalah karakteristik kuantitatif
dan kemampuan untuk tahan terhadap pengaruh dari luar. Sifat fisik ini sangat
penting untuk diketahui karena punya pengaruh besar terhadap kekuatan dan
tampilan kayu. Menurut Haygreen dan Bowyer (1989), sifat fisik kayu ditentukan
oleh 3 ciri, yaitu:
- porositas atau ukuran volume rongga, yang dapat diperkirakan dengan mengukur
kerapatannya.
- organisasi struktur sel, yang meliputi struktur mikro dinding sel, variasi dan
ukuran besarnya
sel.
- kandungan air.
Beberapa hal yang tergolong dalam sifat kayu adalah berat jenis, keawetan
alami, higroskopik, berat volume dan kekerasan. Kayu memiliki berat jenis yang
berbeda-beda, berkisar antara minimum 0,2 (kayu biasa) hingga 1,28 (kayu
nani/kayu lara). Tatal kayu yang digunakan pada pengujian kompor gas berbahan
bakar biomassa ini adalah kayu yang dipotong-potong kecil dengan bentuk tidak
beraturan. Nilai kalori yang terkandung pada tatal kayu ialah sekitar 19.674 kJ/kg.
(Lanya. 2005). Pengisian sekam padi sebanyak 90% volume tabung reaktor
kompor belonio diperoleh berat rata-rata 0,673 kg.
16
Untuk penimbangan serutan kayu dan tatal kayu, didapatkan hasil bahwa
serutan kayu lebih ringan dibandingkan dengan tatal kayu walaupun sama-sama
diisi dengan perlakuan 90% volume tabung reaktor. Walaupun serutan kayu lebih
ringan, tetapi perbedaannya tidak berbeda jauh yaitu sebesar 0,227 kg jika
dihitung dari berat rata-ratanya (Harahap, 2009).
2.4 Pengenalan Fluida
Definisi Fluida (zat alir) adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan
sedikit hambatan terhadap bentuk ketika ditekan, misalnya zat cair dan gas atau
udara.
Fuida dapat digolongkan dalam dua macam.yaitu fluida statis dan fluida
dinamis. Fluida atau zat alir dalah bahan yang dapat mengalir dan bentuknya dapat
berubah dengan perubahan volume.Fluida mempunyai kerapatan yang harganya
tertentu pada suhu dan tekanan tertentu jika kerapatan fluida dipengaruhi oleh
perubahan tekanan maka fluida itu dapat mampat atau kompresibel. Sebaliknya fluida
yang kerapatannya hanya sedikit dipengaruhi oleh perubahan tekanan disebut tidak
mampat atau inkompresibel. Contoh fluida kompresibel adalah udara (gas) sedangkan
yang inkompresibel adalah air (zat cair).
Fluida merupakan suatu zat/bahan yang dalam keadaan setimbang tak
dapatmenahangaya atau tegangan geser (shear force). Dapat pula didefinisikan
sebagai zat yang dapat mengalir bila ada perbedaan tekanan dan atau tinggi. Suatu
sifat dasar fluida nyata, yaitu tahanan terhadap aliran yang diukur sebagai
tegangan geser yang terjadi pada bidang geser yang dikenai tegangan tersebut
adalah viskositas atau kekentalan/kerapatan zat fluida tersebut.
Ketahanan fluida terhadap perubahan bentuk sangat kecil sehingga fluida
dapat dengan mudah mengikuti bentuk ruang. Berdasarkan wujudnya, fluida dapat
dibedakan menjadi dua bagian yaitu:
1. Fluida gas
Merupakan fluida dengan partikel yang renggang dimana gaya tarik antara
molekul sejenis relatif lemah dan sangat ringan sehingga dapat melayang
dengan bebas serta volumenya tidak menentu.
2. Fluida cair
17
Merupakan fluida dengan partikel yang rapat dimana gaya tarik antara
molekul sejenisnya sangat kuat dan mempunyai permukaan bebas serta
cenderung untuk mempertahankan volumenya.
2.5 Udara
Udara adalah suatu campuran gas yang terdapat pada lapisan yang
mengelilingi bumi dan komponen campuran gas tersebut tidak selalu konstan
(Fardiaz, 1992). Udara juga merupakan atmosfer yang berada di sekeliling bumi
yang fungsinya sangat penting bagi kehidupan manusia di dunia ini. Dalam udara
terdapat oksigen untuk bernafas, karbondioksida untuk proses fotosintesis oleh
klorofil daun dan ozon untuk menahan sinar ultraviolet.
Udara adalah campuran gas yang terdapat pada permukaan bumi. Udara
bumi yang kering mengandungi 78% nitrogen, 21% oksigen, dan 1% uap air,
karbon dioksida, dan gas-gas lain. Kandungan elemen senyawa gas dan partikel
dalam udara akan berubah-ubah dengan ketinggian dari permukaan tanah.
Demikian juga massanya, akan berkurang seiring dengan ketinggian. Semakin
dekat dengan lapisan troposfer, maka udara semakin tipis, sehingga melewati
batas gravitasi bumi, maka udara akan hampa sama sekali. Apabila makhluk
hidup bernapas, kandungan oksigen berkurang, sementara kandungan karbon
dioksida bertambah. Ketika tumbuhan menjalani sistem fotosintesa, oksigen
kembali dibebaskan.
2.5.1. Aliran Udara
Fluida yang mengalir dalam pipa melewati sebuah lokasi disebut dengan
daerah aliran masuk (enstrance region). Udara biasanya memasuki pipa dengan
kecepatan yang yang hampir sama pada tiap bagian, pada saat udara bergerak
melewati pipa, efek viskos menyebabkan tetap menempel pada dinding pipa.
Aliran udara secara alami dapat diketahui dalam beberapa macam diantaranya
adalah:
1. Udara akan mengalir dari kondisi bertemperatur rendah ke temperatur
tinggi/panas.
18
2. Udara akan lebih banyak mengalir melalui jalur-jalur ventilasi yang
memberikan tahanan yang lebih kecil dibandingkan dengan jalur
bertahanan yang lebih besar.
Sedangkanaliran udara menurut aliranya dapat di bedakan menjadi dua
yaitu:
a. Aliran Laminer
Merupakan aliran dimana fluida dianggap mengalir pada lapisan masing-
masing dengan kecepatan konstan.aliran laminer adalah aliran fluida yang
bergerak dengan kondisi lapisan-lapisan yang membentuk garis-garis alir dan
tidak berpotongan satu sama lain. Alirannya relatief mempunyai kecepatan
rendah dan fluidanya bergerak sejajar (laminae) & mempunyai batasan-
batasan yang berisi aliran fluida. Aliran laminar adalah aliran fluida tanpa
arus turbulent ( pusaran air ). Partikel fluida mengalir atau bergerak dengan
bentuk garis lurus dan sejajar.Laminar adalah ciri dari arus yang berkecepatan
rendah, dan partikel sedimen dalam zona aliran berpindah dengan
menggelinding (rolling) ataupun terangkat (saltation).Pada laju aliran rendah,
aliran laminer tergambar sebagai filamen panjang yang mengalir sepanjang
aliran. Aliran laminer mempunyai Bilangan Reynold lebih kecil dari 2300.
b. Aliran Turbulen
Aliran turbulen adalah aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara
acak dan tidak stabil dengan kecepatan berfluktuasi yang saling interaksi.
Akibat dari hal tersebut garis alir antar partikel fluidanya saling berpotongan.
Turbulen mentransport partikel-partikel dengan dua cara; dengan
penambahan gaya fluida dan penurunuan tekanan lokal ketika pusaran
turbulen bekerja padanya. Keduanya adalah penyebab terjadinya transportasi
pasir sepanjang bawah permukaan. Di alam hampir semua mekanisme
transport pasir terjadi secara turbulen. Turbulen terutama terjadi di sungai
akibat penggerusan sepanjang batas arus air, dan meningkat akibat kekasaran
bawah permukaan; sepanjang garis pantai dan laut penyebabnya adalah
ombak, tekanan angin permukaan, dan penggerusan arus. Di udara turbulen
yang membawa bekas ledakan volkanis ditransport angin. Besarnya gerakan
turbulen bervariasi dari mikro hingga makro, yang terakhir tadi sangat mudah
19
dilihat di sungai dengan penampakkan pusaran yang kompleks atau dengan
boil yang berbenturan dengan permukaan sungai, secara terus menerus.
Aliran turbulen mempunyai bilangan reynold yang lebih besar dari 4000.
Gambar 2.3 Aliran (munson,et al.,2002)
c. Aliran Transisi
Aliran transisi adalah merupakan peralihan dari aliran laminer ke aliran
trubulen.
2.5.2 Bilangan Reynold
Bilangan reynold merupakan bilangan tak berdiamensi yang dapat
membedakan suatu aliran itu dinamakan laminer, transisi atau turbulen.Perilaku
dalam bilangan reynold yang sedang alirannya tidak lagi tenang dan tunak,
melainkan menjadi bergolak. Perubahan tersebut disebut transisi, bahwa transisi
pada silinder dan bola kira kira pada Re= 3 x 105 dimana tampak penurunan yang
tajam dan koefisien seretan. Transisi tergantung pada banyak efek,missal
kekerasan dinding atau gejolak aliran dilubang masuk. Tetapi parameter yang
diutamakan adalah bilangan Reynold (Frank M. White).
Re = ππ£π
π
Dimana : Re = Bilangan Reynold
π£ = Kecepatan aliran udara
π = Diameter
π = viskositas
20
2.5.3 Viskositas
Viskositas fluida merupakan ukuran ketahanan sebuah fluida terhadapa
deformasi atau perubahan bentuk. Viskositas dipengaruhi oleh temperatur,
tekanan, kohesi dan laju perpindahan momentum molekulanya. Viskositas udara
cenderung naik dengan seiring bertambahnya kenaikan temperatur hal ini
disebabkan gaya β gaya kohesi pada udara bila dipanaskan akan mengalami
penaikan dengan semakin bertambahnya temperatur pada udara yang
menyebabkan naiknya viskositas dari udara tersebut
2.5.4 Hukum Bernoulli
Hukum Bernoulli, dalam dinamika fluida adalah hubungan antara tekanan,
kecepatan, dan ketinggian dalam fluida bergerak (cair atau gas), kompresibilitas dan
viskositas (gesekan internal) yang dapat diabaikan dan aliran yang stabil, atau laminar.
P1 + πgh1 + 1
2 πv1
2 = P2 + πgh2 + 1
2 πv2
2
Dimana :
P = Tekananal (Pascal)
v = kecepatan (m/s)
p = massa jenis fluida (kg/m^3)
h = ketinggian (m)
g = percepatan gravitasi (9,8 m/s^2)
2.5.5 Gas ideal
Pengertian gas ideal merupakan kumpulan dari partikel-partikel suatu zat
yang jaraknya cukup jauh dibandingkan dengan ukuran partikelnya.
PV = n . r. T
Diman :
P = tekanan (pascal)
V = volume (liter)
n = jumlah mol gas
R = tetapan gas umum 8,31 x 103 M/mol K
21
T = suhu (0C)
Dan gas ideal dibagi menjadi 3 hukum
1. Hukum Boyle
Hukum Boyle dikemukakan oleh fisikawan Inggris yang bernama Robert
Boyle. Hasil percobaan Boyle menyatakan bahwa apabila suhu gas yang berada
dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka tekanan gas berbanding terbalik
dengan volumenya. Untuk gas yang berada dalam dua keadaan keseimbangan yang
berbeda pada suhu konstan, diperoleh persamaan sebagai berikut.
p1V1 = p2V2
Keterangan:
P1 : tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2)
P2 : tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2)
V1 : volume gas pada keadaan 1 (m3)
V2 : volume gas pada keadaan 2 (m3)
2.Hukum Charles
Hukum Charles dikemukakan oleh fisikawan Prancis bernama Jacques
Charles. Charles menyatakan bahwa jika tekanan gas yang berada dalam bejana
tertutup dipertahankan konstan, maka volume gas sebanding dengan suhu
mutlaknya. Untuk gas yang berada dalam dua keadaan seimbang yang berbeda
pada tekanan konstan, diperoleh persamaan sebagai berikut.
Keterangan:
V1 : volume gas pada keadaan 1 (m3)
V2 : volume gas pada keadaan 2 (m3)
T1 : suhu mutlak gas pada keadaan 1 (K)
T2 : suhu mutlak gas pada keadaan 2 (K)
22
3.Hukum Gay Lussac
Hukum Gay Lussac dikemukakan oleh kimiawan Perancis bernama Joseph
Gay Iussac. Gay Lussac menyatakan bahwa jika volume gas yang berada dalam
bejana tertutup dipertahankan konstan, maka tekanan gas sebanding dengan suhu
mutlaknya. Untuk gas yang berada dalam dua keadaan seimbang yang berbeda
pada volume konstan, diperoleh persamaan sebagai berikut.
P1
T1 =
P2
T2
Keterangan:
T1 : suhu mutlak gas pada keadaan 1 (K)
T2 : suhu mutlak gas pada keadaan 2 (K)
p1 : tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2)
p2 : tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2)
4.Hukum Boyle-Gay Lussac
Apabila hukum Boyle, hukum Charles, dan hukum Gay Lussac
digabungkan, maka diperoleh persamaan sebagai berikut.
P1V1
T1 =
P2V2
T2
Keterangan:
T1 : suhu mutlak gas pada keadaan 1 (K)
T2 : suhu mutlak gas pada keadaan 2 (K)
p1 : tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2)
p2 : tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2)
V1 : volume gas pada keadaan 1 (m3)
V2 : volume gas pada keadaan 2 (m3)
2.5.6 Rapat Jenis (DENSITY)
Density atau rapat jenis (p) suatu zat adalah ukuran untuk konsentrasi zat
tersebut dan dinyatakan dalam massa persatuan volume, sifat ini ditentukan dengan
cara menghitung rasio massa zat yang terkandung dalam suatu bagian tertentu
terhadap volume bagian tersebut. Hubungannya dinyatakan sebagi berikut :
23
P = π
π£
Dimana :
M : massa fluida (kg)
V : volume fluida (m3)
Nilai density dapat dipengaruhi oleh temperatur semakin tinggi temperatur
maka kerapatan suatu fluida semakin berkurang karena disebabkan gaya kohesi
dari molekuk β molekul fluida semakin berkurang.
2.5.7 Debit Aliran
Debit aliran dipergunakan untuk menghitung kecepatan aliran pada masing
β masing lubang udara masuk.
Q = A . V
Dimana :
Q : Debit (m/s3)
A : Luas penampang (m2)
V : Kecepatan aliran (m/s)
2.6 Aliran dalam kompor
Kompor adalah saluran udara yang terbuka, dikerenakan udara yang ada di
dalam kompor tidak penuh atau tekanan didalam kompor sama dengan tekanan
atmosfer (udara didalam kompor tidak penuh). Kerna kompor mempunyai
permukaan bebas, maka fluida yang dialirkan adalah udara dan tekanan
dipermukaan udara disepanjang saluran terbuka adalah tekan atmosfer.
2.7 Tekanan Udara
Udara memilikimassa meskipun sangat kecil. Akan tetapi dengan jumlah
mereka yang sangat banyak massa mereka tidak bisa dianggap ringan,di bumi ada
yang namanya gravitasi yang menarik udara ini ke bawah sehingga dikenal
namanya berat. Berat udara inilah yang akan menekan permukaan bumi sehingga
24
timbul tekanan udara. Jadi pengertian tekanan udara adalah besarnya berat udara
pada satu satuan luas bidang tekan.
Besarnya tekanan udara di suatu tempat sangat bergantung pada jumlah udara
di atasnya.Semakin tinggi suatu tempat maka semakin sedikit jumlah udara di
atasnya, semakin sedikit berat udara yang ditahan wilayah tersebut sehingga
tekanannya semakin sedikit.Berbanding terbalik dengan daerah atau dataran rendah,
mereka mempunyai tekanan udara yang lebih besar.Jadi tekanan udara di suatu
wilayah sangat ditentukan oleh ketinggian tempat atau wilayah tersebut dari
permukaan air laut.
2.7.1 Faktor-faktor yang mempengaruhi tekanan udara
ada 2 hal yang sangat mempengaruhi tekanan udara yaitu suhu dan
tinggi suatu daerah
1. Tinggi Suatu Tempat
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya tinggi suatu tempat
berbanding terbalik dengan tekanan udara di daerah tersebut.
2. Suhu Udara
Suhu udara sangat mempengaruhi tekanan udaranya. Ketika suhu
tinggi molekul udara akan mengembang dan volume udara menjadi lebih
besar. Jika volume di udara di atas suatu tempat adalah tetap maka ketika
suhu udara naik, massa udara total akan berkurang, berat udara berkurang,
demikian juga dengan tekanan udara. Sebaliknya, ketika suhu rendah
makan tekanan udara akan semakin tinggi.
25
2.8 Stoikemetri Udara
Stoikimetri udara adalah jumlah udara yang memasok oksigen hanya
cukup untuk pembakaran. Jumlah stoikimetri udara dapat di cari menggunakan
persamaan :
SA = ππππ¦ππππ¦π ππβππ πππππ
ππ’πππβ πππππ’ππππ ππβππ πππππ x masa oksigen
2.9 Camputational Fluid Dynamics (CFD)
Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah suatu analisa sistem yang
melibatkan aliran fluida, perpindahan kalor dan fenomena β fenomena yang
terkait di dalamnya seperti reaksi kimia yang dilakukan dengan simulasi berbasis
komputer. (Versteg). Dengan menggunakan CFD, hasil penelitian mengenai aliran
fluida dan perpindahan kalor tidak perlu dilakukan pengujian secara aktual,
melainkan dapat terlebih dahulu membuat model untuk selanjutnya dilakukan
simulasi. Beberapa keuntungan menggunakan CFD antara lain :
a. Mereduksi waktu dan biaya pada sebuah perancangan.
b. Dapat dilakukan penelitian terhadapa sistem yang dalam keadaan nyata sulit
untuk dilakukan
c. Dapat dilakukan penelitian terhadap sistem yang dalam keadaan nyata
terlalu bahaya untuk dilakukan
Berdasarkan sedikit penjabaran di atas mengenai CFD, maka CFD dapat
digunakan untuk menganalisa pola aliran fluida (udara), temperatur, tekanan, dll.
Elemen β Elemen Utama Pada CFD :
Untuk dapat melakukan analisa seperti yang telah dijelaskan di atas,
metode CFD memiliki 3 elemen utama, yaitu :
a. Pre β Prosessor
Elemen ini terdiri dari pendefisian geometri benda kerja yang akan di analisa,
input data awal, seperti fluida kerja, masa jenis, kecepatan, dll. Memulai data
ini, komputer akan menganalisa basis kerja CFD, yaitu volume kendali dengan
membangun mesh.
26
b. solver
pada tahap ini, komputer akan melakukan perhitungan terhadap data β data
input yang telah diberikan solver dilakukan dengan proses iterasi sampai hasil
perhitungan berbentuk konvergen. Tahap ini juga sering disebut sebagai proses
running.
c. Post β Processor
Tahap ini merupakan hasil perhitungan, ini antara lain dapat ditunjukkan
sebagai plot grafik, gambar potongan, trajektori aliran, dll. Selanjutnya, analisa
dapat dilakukan pada hasil untuk mengetahui fenomena β fenomena yang
terjadi pada objek kerja.