1 Pendahuluan
Kebijakan pemerintah mengganti bahan bakar minyak tanah dengan LPG bagi sektor rumah tangga telah dilakukan dan mulai dirasakan manfaatnya oleh masyarakat luas. Selain lebih murah, penggunaan kompor LPG lebih bersih dan lebih praktis. Dengan target pemerintah untuk menyediakan 6 juta unit kompor LPG gratis bagi rakyat kecil, berarti akan dibutuhkan 75.000 ton LPG pertahun. Melihat konstruksi kompor gas dan cara penggunaannya untuk memasak, diperkirakan efisiensi penggunaan bahan bakar LPG masih dapat ditingkatkan. Bila diasumsikan peningkatan efisiensi yang dapat dicapai adalah sebesar 5% saja, akan diperoleh penghematan LPG senilai 150 milyar Rupiah pertahun. Berdasarkan keyakinan ini, maka penelitian alat penghemat bahan bakar LPG untuk keperluan memasak di rumah tangga dilakukan. Penelitian dimulai dengan melakukan pengukuran efisiensi penggunaan LPG pada berbagai jenis dan merek kompor yang umum digunakan, kemudian dilanjutkan dengan analisis distribusi temperatur menggunakan software Fluent [1]. Hasil simulasi dilanjutkan dengan perancangan alat penghemat bahan bakar dan pengujiannya [2].
2 Pemodelan Kompor Gas
Sistem didefinisikan sebagai kompor gas LPG dan panci masak berisi air yang dipanaskan dan selubung penghemat bahan bakar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 dan Gambar 2. Gas pembakaran dari kompor akan memanasi dasar panci dan setelah melalui dasar panci, gas panas akan menyebar keluar dan sebagian kecil akan mengalir ke sekeliling dinding vertikal panci (Gambar 1). Perpindahan panas dari api/gas pembakaran ke air dalam panci yang efektif akan terjadi di bagian bawah panci, sedangkan pada dinding panci bagian atas perpindahan panas yang akan terjadi lebih kecil karena gas pembakaran telah menyebar ke lingkungan. Bahkan pada kondisi air hampir mendidih, pada bagian atas panci perpindahan panasnya terjadi dari air ke dinding panci dan seterusnya terbuang ke udara sekitarnya. Keadaan tersebut dapat diperbaiki dengan cara mengarahkan aliran gas hasil pembakaran seluruhnya menyelubungi panci, sehingga perpindahan panas ke air melalui dinding vertikal panci menjadi meningkat. Untuk maksud tersebut, dicoba dibuat suatu alat pengarah gas asap menyelubungi panci (selanjutnya disebut sebagai penghemat bahan bakar) sehingga pemanfaatan energi bahan bakar menjadi lebih besar (Gambar 2). Gas asap akan dipaksa mengalir di sekeliling panci dengan temperatur yang masih lebih tinggi dari temperatur air di dalam panci. Dengan demikian dapat diharapkan akan terjadi peningkatan pemanfaatan energi pada sistem ini.
Untuk membuktikan konsep ini, terlebih dahulu akan dilakukan analisis dengan menggunakan software Fluent, dan selanjutnya akan diikuti dengan pembuktian secara eksperimental.
Gambar 1 (a) Sistem kompor gas dan panci, (b) Aliran energi di dalam sistem
Gambar 2 (a) Sistem kompor gas, panci dan selubung pengarah gas pembakaran (b) Aliran energi di dalam sistem
Sumber energi
(b)
E generated
Eloss
3 Analisis Dengan Metoda Numerik
Eloss
Perhitungan numerik untuk perpindahan panas pada sistem yang dikaji diawali dengan pembuatan model dan penggambaran grid sistem dengan software GambitTM. Model yang dihasilkan ditunjukkan pada Gambar 3 dan Gambar 4 untuk kedua sistem. Setelah penggambaran sistem meshing, kemudian dilanjutkan dengan penerapannya dengan software Fluent untuk melihat distribusi temperatur. Persamaan dasar energi, kontinuitas, dan persamaan gerak digunakan dalam analisis ini [1,2,3]. Hasil analisis ditunjukkan pada Gambar 3b. Cakupan temperatur digambarkan untuk rentang 300-1100 K.
(b)
Gambar 3 (a) Meshing panci tanpa selubung pada Gambit 2.2.30, (b) Sebaran temperatur panci tanpa selubung skala 300-1100 K
Hal yang sama kemudian dilakukan pada sistem dengan selubung pengarah aliran gas pembakaran, Hasil meshing Gambit dan analisis Fluent untuk distribusi temperatur ditunjukkan pada Gambar 4a dan Gambar 4b. Dari simulasi ini tampak dengan jelas bahwa temperatur gas di sekeliling dinding vertikal panci yang menggunakan selubung jauh lebih tinggi dibanding dengan distribusi temperatur di sekeliling dinding vertikal panci tanpa selubung.
Gambar 4 (a) Meshing panci dengan selubung pada Gambit 2.2.30, (b) Sebaran temperatur panci dengan selubung skala 300-1100 K
Dengan demikian, air dalam panci dengan selubung pengarah mendapat tambahan input panas yang cukup besar melalui dinding vertikalnya. Hal ini tidak terjadi pada panci tanpa selubung. Dengan kata lain, penggunaan selubung pengarah gas asap akan menghasilkan penghematan bahan bakar dan mempercepat proses pemanasan air.
4 Pengujian Alat Penghemat Bahan Bakar
Kompor yang digunakan dalam percobaan ini adalah kompor gas dengan 2 pembakar dan kompor gas dengan 1 pembakar. Percobaan dimulai dengan mengukur energi yang dipindahkan untuk memanaskan air dalam panci terhadap energi total gas yang dikonsumsi. Panci yang digunakan adalah panci dari bahan aluminium yang diisi air sebanyak 0,8 kg, 1 kg, dan 1,2 kg dengan kenaikan temperatur air antara 34 sampai 69 oC. Dari pengujian ini diperoleh rata-rata efisiensi penggunaan bahan bakar sekitar 50%, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Efisiensi penggunaan bahan bakar pada kompor gas tanpa selubung pengarah gas pembakaran
| No. | m H2O | Cp | DT | E masuk | m gas | LHV | E bhn. bakar | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | (kg) | (KJ/kg K) | (K) | (KJ) | (kg) | (KJ/kg) | (KJ) | % |
| 2 | 1.0 | 4.2 | 54,4 | 228 | 0,010 | 45720 | 457,2 | 50 |
| 3 | 0.8 | 4.2 | 59,1 | 199 | 0,009 | 45720 | 420,6 | 47 |
| 4 | 0.8 | 4.2 | 68,1 | 228 | 0,012 | 45720 | 553,2 | 41 |
| 5 | 1.2 | 4.2 | 35,8 | 180 | 0,010 | 45720 | 461,8 | 39 |
| 6 | 1.2 | 4.2 | 36,1 | 182 | 0,008 | 45720 | 361,2 | 50 |
| 7 | 1.2 | 4.2 | 34,4 | 173 | 0,010 | 45720 | 443,5 | 39 |
Selanjutnya percobaan dilakukan dengan menggunakan selubung dengan diameter atas - diameter bawah 20 – 23 cm dan dengan selubung berdiameter atas dan bawah 18 – 21 cm untuk panci berdiameter 16 cm, sedangkan untuk panci berdiameter 20 cm digunakan selubung berukuran diameter atas – diameter bawah 23 – 26 cm. Contoh hasil percobaan untuk kompor gas satu pembakar dengan panci berdiameter 16 cm ditunjukkan pada Tabel 2, sedangkan untuk kompor gas 2 pembakar dengan menggunakan panci berdiameter 20 cm ditunjukkan pada Tabel 3. Data percobaan lengkap tersedia di Laboratorium Rekayasa Termal, FTMD- ITB.
Percobaan pada Kompor 1 Kompor 2 tipe selubung tidak ada 20-23 tidak ada 20-23 18-21 bahan selubung - SS-0,5mm - Al-0,7mm Al-0,7mm Temp. udara (OC) 24,7 24,7 25,8 25,8 25,8 Temp. awal (OC) 23,5 23,5 23,6 23,6 23,6 Temp. akhir (OC) 85 85 85 85 85 waktu (s) 484 454 436 418 452 kenaikan temp. 1kg air/ gram bb 5,04 5,37 5,59 5,83 5,40
Tabel 2 Data percobaan pada panci 16 cm dengan kompor gas 1 pembakar
Tabel 3 Data percobaan pada panci 20 cm dengan kompor gas dengan 2 pembakar
| Percobaan pada | Kompor A | Kompor B | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| tipe selubung | - | 23-26 | - | 23-26 | 23-26 | |
| SS | Al | SS | ||||
| bahan selubung | - | 0,5mm | - | 0,7mm | 0,5mm | |
| temp udara C | 24,9 | 24,9 | 25,7 | 25,7 | 25,7 | |
| temp awal air C | 23,7 | 23,7 | 23,7 | 23,7 | 23,7 | |
| temp akhir air C | 85 | 85 | 89 | 89 | 89 | |
| waktu (detik) | 629 | 587 | 552 | 488 | 491 | |
Pengukuran dilakukan dengan pemanasan 1500 g air dari 24,9oC sampai 85oC pada bukaan katup gas 100%. Waktu yang dibutuhkan untuk pemanasan air dicatat, demikian juga dengan konsumsi bahan bakar untuk setiap percobaan.
Baik pada kompor 1 dan 2 maupun pada kompor A dan B, hasil pengujian menunjukkan waktu pemanasan air dengan menggunakan selubung pengarah gas pembakaran adalah lebih cepat dibanding pemanasan tanpa menggunakan selubung. Dengan mengetahui laju pemakaian bahan bakar dari kompor gas tersebut (diukur), maka jumlah konsumsi bahan bakar pada setiap pemanasan air tersebut dapat diketahui.
Penghematan yang diperoleh dengan penggunaan selubung pengarah aliran gas pembakaran ini berkisar di antara 9% sampai 11%. Bentuk dan ukuran selubung yang diuji sangat beragam dan dari hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa perbandingan diameter atas selubung terhadap diameter panci memegang peran yang sangat penting untuk memperoleh penghematan bahan bakar yang signifikan. Secara empiris, korelasi antara diameter atas selubung dengan diameter luar panci yang menghasilkan penghematan terbaik, untuk ukuran panci di bawah 24 cm adalah sebagai berikut:
\[DS = (127.4 + (DP)^{2})^{0.5}\] Dengan: \(DS\) = Diameter selubung atas (cm) \[DP = \text{Diameter panci (cm)}\] (1)
5 Potensi Penghematan Bahan Bakar Gas
Perhitungan penghematan ini didasarkan aumsi sebagai berikut:
- Pemakaian gas tiap rumah tangga 4 tabung 3 kg per bulan dengan harga Rp 50.000,00
- Jumlah pemakai adalah 6 juta rumah tangga
- Penghematan bahan bakar gas rata-rata 10%
- Harga penghemat Rp 20.000,00/ buah/ tahun
Penghematan gas dalam satu tahun untuk 1 rumah tangga adalah:
\[Rp 5.000,00 \times 12 = Rp 60.000,00\]
Penghematan netto tiap rumah tangga pertahun adalah:
\[Rp\ 60.000,00 - Rp\ 20.000,00 = Rp\ 40.000,00\]
Jadi untuk skala nasional dapat diperoleh penghematan dari pemakaian bahan bakar gas pertahun sebesar:
\[Rp\ 40.000,00\ x\ 6.000.000 = Rp\ 240.000.000.000,00\]
Jumlah penghematan ini sangat besar, dan akan lebih besar lagi jika penggunaan gas saver ini diperluas tidak terbatas pada pemakai kompor "subsidi" saja, tetapi untuk semua pemakai kompor gas LPG di Indonesia. Dengan demikian terlihat bahwa alat penghemat gas ini mempunyai potensi penghematan bahan bakar secara nasional yang sangat besar.
:
6 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat ditarik dari percobaan ini adalah:
- 1. Alat penghemat bahan bakar gas yang dirancang untuk kompor gas rumah tangga dapat menghemat pemakaian bahan bakar hingga 10% bila digunakan pada kompor gas dengan 2 pembakar dan panci berukuran lebih kecil dari 24 cm.
- 2. Alat ini sangat mudah dibuat dan praktis untuk digunakan dan tidak memerlukan modifikasi baik pada kompor gas maupun pada alat memasak.
- 3. Potensi penghematan dalam skala nasional sangat besar.
7 Daftar Pustaka
- [1] Yusman, Diktat Tutorial Fluent, ITB, 2005.
- [2] Thaddeus, Y., Alat Penghemat Bahan Bakar Gas pada Kompor Rumah Tangga, Tugas Akhir, Teknik Mesin FTI, ITB, Bandung, 2006.
- [3] Incropera, F.P, Introduction to Heat Transfer, 3 rd ed., John Wiley & Sons. Inc., New York, 1996.
- [4] Moran, Michael J., Fundamentals of Engineering Thermodynamic, 4th ed., John Wiley & Sons. Inc., New York, 1999.
- [5] Munson, B.R., Fundamentals of Fluid Mechanics, 3rd ed., John Wiley & Sons. Inc., New York, 1998.