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 *) Program Studi Teknik Lingkungan FT UNDIP Jl. Prof. H. Sudarto, SH Tembalang Semarang
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:
1
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, termohigrometer (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
*) Program Studi Teknik Lingkungan FT UNDIP Jl. Prof. H. Sudarto, SH Tembalang Semarang
data primer, pembakaran.
dan
simulasi
permodelan
Tabel 1 Geometri Kompor Dan Dapur Jenis Geometri
Ukuran (PxLxT cm)
Kompor: Kompor LPG
32 x 36 x 9
Kompor minyak tanah
24 x 25 x 23
Kompor arang
22 x 15 (silinder)
Dapur: Volume dapur Meja dapur Jendela
254 x 292 x 274 50 x 292 x 81 45 x 200
Bukaan (a)
93 x 75
Bukaan (b)
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 ratarata 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 ditengahtengah meja dapur.
2
MULAI
STUDI LITERATUR
PERSIAPAN
PENDAHULUAN SURVEI AWAL
LOKASI PENELITIAN
ALAT-ALAT PENELITIAN
PENENTUAN WAKTU PENGUKURAN
DATA SEKUNDER: - Data penggunaan bahan bakar - Data metereologi - Faktor emisi
UJI PENDAHULUAN - Konsentrasi CO - Suhu - Kelembaban
PELAKSANAAN
tidak PENGUKURAN DATA PRIMER: - Konsentrasi CO - Suhu - Kelembaban
PERHITUNGAN DATA SEKUNDER
PENENTUAN INPUT PROGRAM
SIMULASI PROGRAM
VALID?
VISUALISASI PERMODELAN
ya ANALISIS PERMODELAN
ANALISIS HASIL DAN PEMBAHASAN
ANALISIS DATA
KESIMPULAN DAN SARAN
SELESAI
Gambar 3 Metodologi Penelitian
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 nonadiabatic, karena reaksi kimia pencampuran kedua elemen ini menghasilkan energi panas yang berpindah antara sistem dengan lingkungan dalam ruang.
*) Program Studi Teknik Lingkungan FT UNDIP Jl. Prof. H. Sudarto, SH Tembalang Semarang
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.
3
C. ANALISIS S DAN PEMB BAHASAN
Muulai
Analisis Uji Peendahuluan Pembuatann Geometri dan Meeshing
Peengukuran ujii pendahuluann dilakukan seebelum peengukuran unntuk data prim mer yang berrtujuan seebagai justifikkasi data prim mer. Komporr yang diigunakan untuuk kegiatan peengukuran ini adalah ko ompor berbahan bakar LPG G.
Pendefinisiian Bidang Batas dan Geometri
Preproccessing
Pengecekkan Mesh
Taabel 2 Perbanndingan Nilaii Emisi CO, Su uhu, dan Keelembaban Paada Uji Pendah huluan
Meesh baikk?
tidak
Waktu
CO (ppm)
Suhu (0C))
Kel (%)
Baackground level
30 menit
0,00
29,8 82
42,89
Haanya nyala api
15 menit
4,50
41,6 63
28,43
Memasak air
15 menit
5,00
40,5 51
30,18
Memasak masakann
15 menit
6,33
37,5 54
35,31
Perilaku
ya
Data Sifat Fisik
Penentuann Solver, Persamaan, dan Sifat Mateerial
Penenntuan Kondisii Batas
Solviing Proses Numerik N
ya
Iteraasi erroor? tidak Pola Disstribusi Konsenntrasi, suhu, dll
Dari Tabel T 2 dapat terlihat bahw wa pada ba ackground levvel, yaitu kondisi sebelum terjadi ak ktifitas pembaakaran atau m memasak, nilaii emisi CO O adalah nol (0), dengan suhu sebesar 29,82 0 C, C dan kelem mbaban relatiff (relative hu umidity attau disingkat RH) sebesar 42,89%. Nilaai suhu daan kelembabaan ini masih dalam batass zona ny yaman yaitu 23-30 0C (uuntuk daerah iklim paanas), dan 30--50% RH (Szookolay, 1980)..
Postprocessing Seleesai
Gambar 4 Diaggram Alir Prossedur Sim mulasi Prograam Sum mber: Tuakia, 2008 2 Visualisassi aliran distrribusi dijelaskkan seccara deskriptiif dan nilai suhunya s terlebbih daahulu dibanddingkan (chhecking erroor) deengan nilai suhu pengukkuran langsuung (teerukur) sesuuai dengan posisi tiitik peengukuran. Adapun untuk u mengeetahui besarnnya keesalahan yang terjadi mengggunakan rumuus: Chhecking errorr = A-B =
x 100%
……….. (persamaann 1) dimanna, A = Nilai pengukkuran langsungg mulasi B = Nilai hasil sim C = Selisish A deengan B
*) Program Studi Tekknik Lingkungaan FT UNDIP P H. Sudartoo, SH Tembalanng Semarang Jl. Prof.
Gambar 3 Grafik Perbaandingan Nilaai Emisi CO C Pada Uji P Pendahuluan Pada tiga kegiatan bberikutnya dik ketahui baahwa nilai emisi CO makin meniingkat. Teertinggi ada pada p kegiatann memasak maasakan (6 6,33 ppm). Nilai-nilai N inni terus bertambah diikarenakan tinngkatan kegiaatannya yang makin meningkat m ataau adanya faktor-faktor yang seperti jennis masakan yang mempengaruhi m diimasak sertaa peralatan yang digu unakan. Memasak M maasakan, yaitu nasi goreng, g emisi CO yang lebih besar mengeluarkan m keemungkinan karena zat karbohidrat yang diikandung dalaam nasi mem mberikan kon ntribusi attom C ke udara, hinggga peluang untuk peembentukan gas g CO lebih bbesar.
4
Gam mbar 4 Grafik Perbandingan P Nilai Suhu daan Kelembabann Pada Uji Penndahuluan
Menurut M Ndiem ma (1997), aarang adalah bahan baakar biomassa berbentuk padat (solid fuel), yaang pada proses akhiir pembakarrannya menghasilkan m a atom karbon ((C) sebesar 74 4,05%, seehingga dengaan nilai sebesar ini kemung gkinan un ntuk terbentuuknya emisi karbon mono oksida, daari reaksi atoom karbon (C C) dengan oksigen (O O2), lebih besaar. Dan karenaa nilai emisi karbon k monoksida m yanng tinggi, makka kompor bio omassa (k kayu bakar atau arang) disarankan untuk diiletakkan padaa tempat yangg memiliki veentilasi yaang sangat baiik (Ndiema, 1997).
Pada perbbandingan-perrbandingan niilai suhu dan kelemb mbaban dilihaat bahwa saaat aktifittas pembakarran hanya pada p nyala api, a memaasak air, dan memaasak masakkan kecenndrungan suhuunya turun dan d kelembabban meninngkat. Hal inni telah sesuaai dengan teori bahwaa pada saaat suhu meeningkat maaka kelem mbaban akann menurun, begitu puula sebaliiknya. Gambar 5 Grafik Perbaandingan Nilaai Emisi CO Pada P Pengukuuran Data Prim mer
Analiisis Pengukurran Data Prim mer Tabell 3 adalah hasiil pengukurann nilai emisi CO. C Terlihhat perbandinngan nilai-niilainya, dimaana komppor LPG menggeluarkan emisi CO terenddah yaitu 5,83 ppm, seedangkan darri minyak tannah nilai emisinya sebesar 64,08 pppm. Dari keddua jenis bahan bakaar ini nilainyya masih bisa dikataakan dalam kaadar yang baikk karena masihh di baw wah standar konsentrasi k C dalam ruaang CO yaitu 90 ppm untuuk waktu rata-rata 15 meenit (WHO O dalam Penney, P 2008). Sedangkkan pembakaran dari kompor k arangg nilai emisinnya cukupp besar, yakni 118,42 ppm. Tabell 3 Perbandinggan Nilai Emissi CO, Suhu, dan Kelembbaban Pada Kompor K Berbahan Bakar B LPG, Minyak M Tanah, dan Arang
Perilaku Koompor LPG Koompor Minyak Taanah Koompor Arang
CO (ppm)
Suhu S (0C)
Kel (%)
5,83
399,48
32,12
64,08
41,39
29,82
118,42
499,00
21,50
Gambar 5 menunjukkkan perbedaaan emisi CO yang signnifikan antara kompor denggan bahann bakar biomaass. Kompor berbahan bakkar arang menghasilkkan gas CO paling tingggi dibandingkan kom mpor minyak tanah t dan LP PG.
*) Program Studi Tekknik Lingkungaan FT UNDIP P H. Sudartoo, SH Tembalanng Semarang Jl. Prof.
Jenis kompor yanng digunakan n juga daapat dikatakaan sebagai faaktor perbedaaannya. Jeenis kompor berbahan b bakaar LPG adalah h jenis ko ompor mekkanis, dengaan desain untuk peembakaran daan pengaturann udara yang sangat baaik. Cara pem mbakaran yangg digunakan kompor k LP PG adalah pembakaran p yyang teratur (pulse co ombustion). Pembakaran P yyang teratur adalah seebuah prosess penyerapann resonansi secara ak kustik yang membakar m dallam jumlah sedikit, s diimana bahan bakar dengann udara berk kumpul daalam sebuah rangkaian pembakaran yang saangat cepat (A ASHRAE, 2005). Sedanggkan komporr minyak tanaah dan arrang adalah jenis kom mpor yang sangat seederhana. Carra pembakaraannya terjadi secara terus menerus (continuous combustion)), dan peengaturan udaranya untukk suplai kebu utuhan masuknya m okssigen/udara ((excess oxygeen/air) daalam tungku pembakaran p tterjadi secara alami. Keadaan K ini memberikann peluang untuk terbentuknya pembakaran yaang tidak sem mpurna kaarena kuranggnya kebutuhhan oksigen untuk prroses oksidaasi. Pembakkaran yang tidak seempurna mennghabiskan bbahan bakar secara tid dak efisien sehingga daapat menimb bulkan baahaya akibat terbentuknya t karbon mono oksida, seerta kontribuusinya terhaddap polusi udara (A ASHRAE, 20005). Kemuddian pada Gam mbar 6 dapat dilihat baahwa suhu dii sekitar komppor berbahan bakar arrang lebih tinggi dibaandingkan kompor k 5
berbahhan bakar lainnya. l Nam mun sebaliknnya tingkaat kelembabaan kompor berbahan b bakkar arang merupakan yang terenndah. Menuurut ASHR RAE (2005) pembakarann adalah reakksi kimiaa dimana sebuuah oksidan bereaksi b denggan cepat dengan bahaan bakar untukk membebaskkan energi yang tersim mpan sebagaii energi pannas, yang pada umuumnya dalam m bentuk gas g bertem mperatur tingggi.
mengecil m dari kisaran k 0,0255 m/s hingga 0 m/s (b berwarna biru)).
(a)
Gambar 6 Peerbandingan Nilai N Suhu dan Kelembaban Pada Penngukuran D Primer Data Pembakarran Disrib busi Aliraan Model Komp por LPG, Miinyak Tanah,, dan Arang Hasil simulasi pem mbakaran dappat dilihat paada Gambbar 7. Terlihaat pola distriibusi aliran gas g pembakaran komppor LPG, minnyak tanah, dan d arang hampir samaa. Energi konvveksi panas yaang berasaal dari pembaakaran kompoor menyebabkkan sebuaah pergerakan udara ke arahh atas (Chiangg et al, 2000). 2 Ketikka alirannya berada paada ketingggian langiit-langit keemudian akkan menyebar ke duaa sisi lalu bergerak b keluuar melaluui ventilasi dan bukaan. Letak komppor berada ditengah-ttengah yang juuga memppengaruhi beentuk pola distribusi yaang hampir simetris. Namun adda sebagian kecil k dari alirran pembakaran komppor LPG yanng bergerak ke sampiing kanan secaara horizontall yang kemudiian naik berbenturan b d dengan dindinng menuju arrah bukaaan. Sedangkann pada kompoor minyak tannah seluruuh aliran yangg keluar dari tungku t langsuung bergerrak ke atas. Hal ini dikaarenakan benttuk dan volume v komppor diantara keduanya yaang berbeda (tinggi kompor LPG G yang lebbih pendeek). Untuk besaran b keccepatan alirran pembakaran, nilaii terbesar ditandai d denggan warnaa merah, yang y berada pada sumbber (tungkku) dengan nilai n 0,5 m/s. Setelah keluuar dari tungku keceepatan alirannnya bervariasi sebesaar 0,475 m/ss hingga 0,175 m/s. Alirran yang menyebar dann makin menjauh ke atas dari d zona tungku t menyeebabkan besarran aliran makkin
*) Program Studi Tekknik Lingkungaan FT UNDIP P H. Sudartoo, SH Tembalanng Semarang Jl. Prof.
(b)
(c) Gambar G 7 Perggerakan Aliraan Gas Pembak karan (a) Kompor LPG G, (b) Kompoor Minyak Tan nah, ( Kompor A (c) Arang
Validasi Suhu u Pembakaraan Kompor LPG, Minyak M Tanah h, dan Arang Validasi (Taabel 4) dditentukan dengan d menghitung m peersentase kesaalahan antaraa suhu terukur dengann suhu hasil simulasi permodelan persamaan 3.1. Untuk haasilnya menggunakan m terlihat kesalaahan rata-rataa terbesar 62,78% 6 terjadi pada pembakarann kompor arang, peembakaran koompor LPG 22,02%, dan n yang
6
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 nonadiabatik, 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
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.
Tabel 4 Persentase Kesalahan Nilai Suhu Pada Pembakaran Kompor LPG, Minyak Tanah, dan Arang Jenis
Material
Kompor
Fluent
LPG
Propane
Suhu
Suhu Simulasi (C)
Kesalahan
38,50
30,00
22,08
38,97
30,00
23,02
5
41,98
51,40
22,44
25
38,47
30,00
22,02
39,48
35,35
22,39
Titik (cm) Posisi
x
y
z
Terukur (C)
Depan
146
120
45
Kanan
166
120
25
Belakang
146
120
Kiri
126
120
Rata-Rata Minyak tanah
Kerosene
Depan
146
120
45
40,85
38,90
4,77 0,26
Kanan
166
120
25
38,80
38,90
Belakang
146
120
5
47,20
47,67
1,00
Kiri
126
120
25
38,72
38,90
0,47
41,39
41,09
1,63
Rata-Rata
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
49,00
80,07
62,78
Rata-Rata
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
*) Program Studi Teknik Lingkungan FT UNDIP Jl. Prof. H. Sudarto, SH Tembalang Semarang
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. 7
Pengaruh Aliran Pembakaran Kompor Terhadap Posisi Seseorang Memasak
(a)
(b)
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)
(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.
*) Program Studi Teknik Lingkungan FT UNDIP Jl. Prof. H. Sudarto, SH Tembalang Semarang
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).
8
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
*) Program Studi Teknik Lingkungan FT UNDIP Jl. Prof. H. Sudarto, SH Tembalang Semarang
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.
9
