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 pohon–pohon 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 = 𝜌𝑣𝑑

𝜇

Dimana : Re = Bilangan Reynold

𝑣 = Kecepatan aliran udara

𝑑 = Diameter

𝜇 = 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 – 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 + 𝜌gh1 + 1

2 𝜌v1

2 = P2 + 𝜌gh2 + 1

2 𝜌v2

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 = 𝑚

𝑣

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 – molekul fluida semakin berkurang.

2.5.7 Debit Aliran

Debit aliran dipergunakan untuk menghitung kecepatan aliran pada masing

– 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 = 𝑏𝑎𝑛𝑦𝑎𝑘𝑛𝑦𝑎 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟

𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑘𝑎𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 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 – 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 – Elemen Utama Pada CFD :

Untuk dapat melakukan analisa seperti yang telah dijelaskan di atas,

metode CFD memiliki 3 elemen utama, yaitu :

a. Pre – 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 – 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 – 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 – fenomena yang

terjadi pada objek kerja.