penghematan bahan bakar pada kompor gas rumah tangga dan

Bab II
Tinjauan Pustaka
2.1 Konsep Gagasan Penghematan Bahan Bakar pada Kompor Gas
Prinsip dari alat penghemat gas pada tugas akhir ini merupakan
pengembangan dari tugas akhir yang sebelumnya sudah pernah dilaksanakan. Dari
hasil pengamatan aliran gas hasil pembakaran, tercipta suatu ide untuk melakukan
penghematan dengan menempatkan gas panas yang tersebar itu ke daerah dekat
dinding panci sehingga energi dari gas hasil pembakaran dapat lebih banyak
diserap oleh panci yang selanjutnya diserap oleh air. Jadi, teknik penghematan
yang dilakukan adalah dengan menggunakan pengumpul aliran gas agar gas hasil
pembakaran dapat mengalir di sekitar permukaan luar panci dan memberikan
energinya secara maksimum.
Gambar 2.1 Sebaran udara panas
Gambar 2.2 Aliran udara panas yang dibimbing selubung
Dengan menggunakan alat bantu memasak berupa selubung di sekitar
panci dan dengan pemilihan ukuran yang baik, diharapkan proses pembakaran
bahan bakar dapat terjadi dengan sempurna dan aliran gas hasil pembakaran akan
terkumpul di seluruh permukaan dinding panci seperti terlihat pada Gambar 2.2.
Diperkirakan dengan usaha ini, energi bahan bakar yang dapat dimanfaatkan
untuk pemanasan air menjadi lebih besar daripada jika tidak menggunakan
selubung.
Pada penelitian sebelumnya, untuk mendesain alat penghemat gas ini
sudah ditentukan dimensi dari kompor dan alat memasaknya yaitu sebuah panci
yang dimensinya sudah ditentukan. Sedangkan pada tugas akhir ini difokuskan
untuk dapat mengembangkan desain yang lebih rigid dan menarik untuk dipakai
pada masyarakat luas.
Usaha penghematan bahan bakar akan diterapkan pada proses pemanasan
air dalam panci. Selain karena kegiatan ini adalah kegiatan yang paling sering
dilakukan dalam rumah tangga, pemanasan air merupakan hal yang paling mudah
dan praktis dilakukan dalam pembuatan tugas akhir ini mengingat untuk
memperoleh desain alat bantu yang paling efisien perlu dilakukan percobaan
berkali-kali.
Bila diamati, proses pemanasan air cukup mudah untuk dipahami. Gas
pembakaran yang keluar dari kompor akan memanasi bagian dasar dari panci dan
juga sebagian dari dinding panci bagian bawah. Gas-gas hasil pembakaran
tersebut mulai menyebar menjauhi dinding panci sehingga dinding panci bagian
atas kurang tersentuh oleh gas-gas tersebut, padahal gas hasil pembakaran tersebut
masih bertemperatur tinggi.
2.2 Teori Dasar
Untuk dapat memahami apa yang terjadi pada proses memanaskan air
serta efeknya dalam menggunakan selubung, maka hal yang pertama dilakukan
adalah menentukan sistem.
2.2.1 Sistem Pemanasan Air tanpa Selubung
Diagram:
E loss
E loss
E loss
E loss
E loss
E stored
E generated
E loss
Sumber energi
Gambar 2.3 Model sistem massa atur tanpa selubung
Dari Gambar 2.3 dapat dilihat bahwa sumber energi yang masuk ke dalam
sistem berasal dari api kompor. Energi tersimpan di air dalam bentuk kenaikan
temperatur air, begitu pula energi yang tersimpan di panci dalam bentuk kenaikan
temperatur panci. Namun karena massa panci relatif kecil dibanding massa air dan
kapasitas panas jenis spesifik panci yang berbahan alumunium relatif rendah
dibanding kapasitas panas jenis spesifik air, maka energi yang diserap di panci
relatif kecil dibanding energi yang diserap air. Oleh karena itu, energi yang
diserap panci dapat diabaikan dalam perhitungan. Energi yang keluar dari sistem
adalah energi yang terbuang ke lingkungan baik dari air, panci, maupun energi
dari api yang belum sempat berpindah ke air atau panci. Sebuah asumsi perlu
dinyatakan agar neraca energi dapat dibuat yaitu bahwa energi yang dibangkitkan
api dianggap seluruhnya masuk ke dalam sistem, baru kemudian energi akan
keluar dari sistem sebagai rugi-rugi energi.
Ada dua bentuk sistem termodinamika yaitu sistem tertutup atau sistem
massa atur, dan sistem terbuka atau sistem volume atur. Pada sistem massa atur,
energi melewati batas sistem sedangkan massa tidak melewati batas sistem.
Energi yang berpindah dalam bentuk panas atau kerja. Energi dapat berpindah
masuk ke dalam sistem maupun berpindah keluar dari sistem. Pada sistem volume
atur, selain energi, massa juga melewati batas sistem. Dengan adanya massa yang
melewati batas sistem, energi juga turut mengalir melewati batas sistem yaitu
energi aliran.
Pada sistem memanaskan air dalam panci, tidak ada massa yang melewati
batas sistem sehingga sistem dapat dianggap sistem tertutup atau massa atur.
Permasalahan termodinamika sistem tertutup cukup diselesaikan dengan
melakukan neraca energi. Pada proses memanaskan air, neraca energi dievaluasi
pada keadaan belum memanaskan air terhadap keadaan sesudah memanaskan air.
Neraca energi untuk sistem tertutup adalah:
∆EK + ∆EP + ∆U = Q − W
(2.1)
dimana:
∆EK adalah perubahan energi kinetik
∆EP adalah perubahan energi potensial
∆U adalah perubahan energi dalam
Q adalah energi yang melewati batas sistem dalam bentuk panas
W adalah energi yang melewati batas sistem dalam bentuk kerja
Dalam persamaan 2.1 notasi W dapat dihilangkan karena pada sistem tidak
ada kerja masuk maupun keluar. Dengan mengabaikan perubahan energi kinetik
maupun energi potensial, maka persamaan 2.1 dapat lebih disederhanakan
menjadi:
∆U = Q
(2.2)
Energi panas Q adalah energi masuk Egas dan energi keluar Eloss. ∆U
adalah perubahan energi dalam yang ditandai dengan naiknya temperatur air.
2.2.2 Sistem Pemanasan Air dengan Selubung
E loss
E loss
E in
E loss
E stored
E loss
E in
E generated
E loss
E loss
Sumber energi
Gambar 2.4 Model sistem massa atur dengan selubung
Pemanasan air menggunakan selubung seperti yang ditunjukkan pada
gambar 2.4 memungkinkan lebih banyak energi masuk melalui sisi panci. Hal ini
terjadi karena udara panas diarahkan oleh selubung untuk lebih merapat ke
dinding panci.
2.3 Hubungan Sifat Termodinamika
Dalam mengevaluasi sifat-sifat termodinamika, asumsi-asumsi dapat
diterapkan untuk mempermudah perhitungan. Asumsi ditentukan sesuai dengan
keadaan sistem yang sedang dianalisis. Asumsi-asumsi yang sering muncul dalam
permasalahan termodinamika antara lain model zat inkompresibel dan model gas
ideal. Asumsi zat inkompresibel biasanya berlaku untuk sistem yang berupa benda
cair atau benda padat. Sifat termodinamika benda cair dan benda padat hanya
berubah sedikit terhadap perbedaan tekanan. Dengan demikian, perubahan sifat
termodinamika benda cair dan benda padat akibat perubahan tekanan dapat
diabaikan terhadap perubahan sifat termodinamika akibat perubahan temperatur.
Asumsi zat inkompresibel seringkali juga menyatakan bahwa volume spesifik
tidak berubah dan energi dalam hanya bergantung pada temperatur.
Istilah kapasitas panas jenis spesifik diperkenalkan untuk memudahkan
perhitungan
pada
model
zat
inkompresibel
maupun
model
gas
ideal
(Moran:2000). Kapasitas panas jenis spesifik didefinisikan dalam bentuk
persamaan sebagai berikut:
cv (T ) =
c p (T ) =
∂u
∂T
∂h
∂T
(2.3)
v
(2.4)
p
Huruf v dan p menandakan bahwa penurunan dilakukan dengan
menganggap v atau p sebagai sebuah konstanta.
Khusus untuk zat inkompresibel, karena ada asumsi volume spesifik
konstan, maka turunan entalpi terhadap temperatur dengan menganggap p
konstanta akan menjadi du/dT. Dengan demikian, pada zat inkompresibel tidak
ada perbedaan nilai antara cp maupun cv, atau cp = cv = c
Air adalah zat inkompresibel. sehingga ∆U dapat didekati dengan mH2O.cH2O.(T2T1). Setelah mengidentifikasi variabel ∆U dan Q, persamaan 2.2 berubah menjadi:
m H 2O ⋅ c H 2O ⋅ (T2 − T1 ) = E gas − Eloss
(2.5)
Egas adalah massa gas yang digunakan dikali LHV gas tersebut (pers. 2.6).
E gas = mgas ⋅ LHV
(2.6)
Dengan menukarkan sisi kiri pada persamaan 2.5 dengan Eloss yang ada di
sisi kanan serta mensubtitusikan Egas dengan persamaan 2.6, maka persamaan 2.5
menjadi:
E loss = m gas ⋅ LHV − m H 2O ⋅ c H 2O ⋅ (T2 − T1 )
(2.7)
Kapasitas panas jenis spesifik untuk air adalah 4,2 kJ/kg.K. LHV untuk
butana (C4H10) adalah 45720 kJ/kg.
2.4 Perhitungan Efisiensi
Efisiensi berdasarkan sistem yang telah digambarkan diatas adalah
perbandingan antara banyaknya energi yang diserap air terhadap banyaknya
energi bahan bakar yang digunakan.
η=
Estored
E generated
(2.8)
dimana “energi yang diserap air” diperoleh dari rumus:
E stored = mH 2O .c pH 2O .∆T
(2.9)
dan “energi bahan bakar yang digunakan” diperoleh dari rumus:
E generated = m gas .LHV
(2.10)
sehingga efisiensi memasak diperoleh dengan menghitung:
η=
mH 2O .c pH O .∆T
2
mgas .LHV
(2.11)
Pada dasarnya jumlah bahan bakar gas yang digunakan untuk satu kali
pengujian adalah sekitar 20-40 gram. Agar diperoleh data dengan kesalahan jauh
dari 1% maka diperlukan suatu alat ukur yang memiliki skala terkecil 0.1 gram.
Kompor standar memiliki tabung gas dengan berat sebesar ± 20 kg. Oleh karena
itu muncul kesulitan dalam hal alat ukur yang memiliki kapasitas diatas 20 kg dan
skala terkecil 0.1 gram. Sehingga diperlukan alat ukur yang memiliki kecermatan
relatif tinggi dalam selang yang cukup besar untuk dapat menghitung efisiensi
berdasarkan laju aliran bahan bakar yang terjadi. Selain itu perhitungan efisiensi
juga dilakukan dengan menghitung waktu pemanasan air.
2.5 Data Hasil Percobaan pada Tugas Akhir Sebelumnya
Data hasil percobaan sebelumnya ditampilkan untuk bisa dibandingkan
hasilnya dengan percobaan kali ini. Sehingga dengan perbandingan ini diharapkan
bisa dipakai sebagai acuan dalam pembuatan alat penghemat bahan bakar gas.
Dari hasil percobaan pada tugas akhir sebelumnya tanpa menggunakan selubung,
efisiensi memanaskan air menggunakan kompor portable berkisar antara 39%
hingga 50% (Tabel 2.1). Dengan kata lain, 50% dari energi yang dihasilkan bahan
bakar tidak digunakan untuk kebutuhan yang kita inginkan.
Tabel 2.1 Efisiensi memasak cara konvensional
Jika dibandingkan terhadap kompor portable, kompor standar memiliki
efisiensi yang lebih rendah. Kompor portable dikatakan memiliki efisiensi cukup
tinggi karena berdasarkan percobaan, udara panas mengalir mengikuti profil panci
dan panasnya tidak menyebar sebagaimana ditemukan pada kompor standar.
Selain itu, pemanfaatan selubung pada kompor portable tidak dapat menaikkan
efisiensi setinggi yang dapat dilakukan pada kompor standar.
2.5.1 Pemanasan Air pada Kompor Gas Portable
Meskipun temperatur air saat menyalakan dan mematikan kompor sudah
ditentukan, pada prakteknya ada kesulitan mendapatkan temperatur awal yang
sama, dan kesulitan mencatat waktu maupun menghentikan kompor tepat pada
temperaturnya yang ditentukan.
Supaya temperatur awal air sama pada setiap pengujian, maka temperatur
awal air yang relatif rendah perlu dipanaskan. Namun karena pemakaian bahan
bakar diambil sebagai data, maka usaha menaikkan temperatur awal tidak dapat
dilakukan dengan cara menyalakan kompor. Beberapa jalan keluarnya adalah
dengan cara menyimpan sejumlah air yang cukup banyak, misalnya dalam bak,
sehingga air untuk pengujian selalu bertemperatur awal sama karena diambil dari
bak yang sama. Cara lain adalah memanaskan air menggunakan heater. Meski
demikian, mematikan heater tepat pada temperatur tertentu bukan hal yang
mudah.
Oleh karena itu, diambil sebuah tolak ukur baru yaitu kenaikan temperatur
satu kilogram air per gram bahan bakar. Ukuran itu secara definisi adalah
mereaksikan satu gram bahan bakar untuk memanaskan satu kilogram air lalu
mencatat kenaikan temperatur satu kilogram air tersebut. Secara praktek, nilai ini
bisa didapat dengan cara mengalikan massa air dengan selisih temperatur akhir
dan temperatur awal lalu membaginya dengan jumlah gas yang digunakan.
m
kenaikan temperatur 1kg air / gram bb =
H2O
[kg] x Takhir - Tawal
mgas [gram]
(2.12)
Data hasil pengujian menggunakan kompor portable beserta variasi
selubungnya telah ditabelkan dalam percobaan tugas akhir tahun lalu. Di bawah
ini akan diperlihatkan diagram batang kenaikan temperatur 1 kg air per gram
bahan bakar.
Kenaikan temperatur 1 kg air per gram bahan bakar
panci dia.16 cm; air 1L
(kompor portable)
6.00
5.50
non selubung
23-23
5.00
20-20
20-23
4.50
4.00
percobaan
Semakin tinggi semakin baik
Gambar 2.5 Diagram batang jenis selubung vs kenaikan temperatur 1 kg air per gram
bahan bakar (panci dia. 16 cm, air 1 L, kompor portable)
Kenaikan temperatur 1 kg air per gram bahan bakar
panci dia. 16 cm; air 0.8L
(kompor portable)
6.00
6.00
5.50
5.50
non selubung
non selubung
18-23
18-25
5.00
18-25
17-20
5.00
4.50
4.50
4.00
4.00
hingga mendidih
hingga 85 C
Semakin tinggi semakin baik
Gambar 2.6 Diagram batang jenis selubung vs kenaikan temperatur 1 kg air per gram
bahan bakar (panci dia. 16 cm, air 0.8 L, kompor portable)
Kenaikan temperatur 1 kg air per gram bahan bakar
(kompor portable)
panci dia. 20 cm; air 1.2L
6.00
5.53
5.48
5.00
4.25
4.00
non Selubung
3.00
net saver
2.00
23-23
1.00
0.00
percobaan
Semakin tinggi semakin baik
Gambar 2.7 Diagram batang jenis selubung vs kenaikan temperatur 1 kg air per gram
bahan bakar (panci dia. 20 cm, air 1.2 L, kompor portable)
2.5.2 Pemanasan Air pada Kompor Gas Standar
Pada pengujian menggunakan kompor standar, analisis efisiensi diambil
dalam bentuk penghematan waktu. Pendekatan ini dapat dianggap benar apabila
laju massa bahan bakar selalu konstan. Anggapan laju massa bahan bakar konstan
diambil dari data percobaan menggunakan kompor portable. Kesimpulan yang
diambil dari data kompor portable ini digeneralisasikan untuk kompor standar.
Waktu pemanasan untuk panci dia. 16cm,
air 1.5L (kompor standar)
350
no selubung
300
23-23
20-23
waktu (s)
250
18-23
200
20-25
150
22-25
17-20
100
23-20
50
0
T = 35oC
T = 55oC
semakin pendek semakin baik
Gambar 2.8 Diagram batang jenis selubung vs waktu
(panci dia.16 cm, air 1.5 L, kompor standar)
Tabel 2.2 Waktu pemanasan tiap jenis selubung
(panci dia. 16 cm, air 1.5L, kompor standar)
Waktu pemanasan untuk panci dia. 20 cm; air 1.5L
(kompor standar)
300
waktu (s)
250
no selubung
200
netsaver
23-23
150
22-25
100
50
0
o
T = 35 C
o
T = 55 C
Gambar 2.9 Diagram batang jenis selubung vs waktu
(panci dia.20 cm, air 1.5 L, kompor standar)
Tabel 2.3 Waktu pemanasan tiap jenis selubung
(panci dia. 20 cm, air 1.5L, kompor standar)
2.6 Simulasi dengan Perangkat Lunak Fluent
2.6.1 Pemodelan
Simulasi diawali dengan menggambar model berdasarkan data geometri
kompor, panci, dan selubung hasil desain. Model yang digunakan dalam simulasi
numerik ini adalah model 2 dimensi. Pemodelan ini dilakukan secara bertahap
yaitu dimulai dengan pendefinisian titik, dari titik-titik yang ada didefinisikan
sebagai garis, hingga akhirnya menjadi suatu bidang. Setelah diperoleh model,
dilakukan disktitisasi pada bidang tersebut (meshing). Pembentukan mesh ini akan
berpengaruh terhadap keakuratan perhitungan simulasi dinamika fluida, sehingga
proses meshing harus dilakukan secara tepat dan benar.
2.6.2 Simulasi Numerik
Metode numerik elemen hingga banyak digunakan untuk mempermudah
proses perhitungan dan aplikasi yang rumit untuk diselesaikan secara analitis.
Metode ini bercirikan adanya pembagian bidang atau volume sistem, baik pada
massa atur maupun volume atur, menjadi volume kecil yang disebut yang disebut
mesh atau grid. Setiap bidang atau volume kecil memiliki sejumlah nodal tempat
menerapkan persamaan-persamaan. Semakin halus meshing, maka hasil yang
diperoleh akan semakin detail dan akurat. Dengan metode ini akan memberikan
peluang penyederhanaan persamaan analitis yang rumit menjadi persaman aljabar
yang eksak.
Penyelesaian dengan metode analitik yang menghasilkan penyelesaian
eksak sulit diterapkan. Untuk menyelesaikannya digunakan metode numerik,
yaitu metode perhitungan aproksimasi persamaan diferensial dengan persamaan
aritmatika biasa (persamaan diskrit) yang dapat dipecahkan dan menghasilkan
penyelesaian aproksimasi pada titik-titik diskrit.
Gambar 2.10 Aliran fluida pada suatu elemen kecil
Gambar 2.10 memberikan ilustrasi penerapan persamaan kontinuitas pada
suatu elemen kecil volume (infinitesimal volume). Laju massa masuk diwakili
oleh V1 dan dan laju massa keluar diwakili oleh V2, masing-masing terdiri dari
komponen arah x dan arah y , u, dan v. Persamaan kontinuitas dua dimensi adalah:
∂ρ
∂
∂
+
(ρ • u) +
( ρ • v ) = Sm
∂t ∂x
∂y
(2.13)
Untuk aliran stasioner dan bila tidak ada mass source, Sm, persamaan
(2.13) tersebut menjadi :
∂ρ
∂
∂
+
(ρ • u) +
(ρ •v) = 0
∂t ∂x
∂y
(2.14)
Dengan mengasumsikan densitas fluida konstan, nilai ∆x dan ∆y
ditentukan dan berlaku untuk semua volume yang sangat kecil, sehingga ∂u dan
∂v menjadi ∆u dan ∆v, persamaan di atas dapat diubah menjadi persamaan aljabar
(2.15).
∆u ∆v
+
=0
∆x ∆y
(2.15)
Apabila persamaan (2.15) diuraikan terhadap komponen-komponennya,
maka akan diperoleh persamaan:
u 2 − u1 v 2 − v 1
+
=0
∆x
∆y
Persamaan
(2.16)
(2.16)
diselesaikan
bersama-sama
dengan
persamaan-
persamaan kekekalan energi, kekekalan momentum, spesies transport, turbulensi
dan persamaan lain secara simultan. Dengan menerapkan kondisi batas pada
persamaan-persamaan tersebut akan didapatkan solusi akhir.
2.6.3 Persamaan Dasar pada Simulasi Fluent
Persamaan dasar yang digunakan untuk menyimulasikan aliran udara dan
interaksi partikel air dengan udara pada proses pendinginan adalah:
a. Persamaan kekekalan massa (kontinuitas)
b. Persamaan kekekalan momentum
c. Persamaan kekekalan energi
2.6.3.1 Persamaan Kontinuitas
Persamaan kontinuitas berdasarkan persamaan (2.15) yang diterapkan
Fluent dalam arah i adalah :
∂
∂ρ
( ρui ) = Sm
+
∂t ∂xi
(2.17)
Persamaan di atas adalah bentuk umum persamaan kontinuitas yang
diterapkan Fluent untuk aliran inkompresibel maupun kompresibel. Sm adalah
mass source dari fasa diskrit, ataupun reaksi spesies.
Interaksi massa, momentum, dan energi fasa kontinu dengan fasa diskrit
dijelaskan dalam Gambar 2.11. Fluent menyertakan perhitungan perpindahan
massa, momentum, dan energi dari fasa diskrit ke fasa kontinu setiap kali tracking
lintasan partikel melewati volume atur (grid). Perubahan-perubahan ini dievaluasi
pada sisi masuk dan sisi keluar volume atur yang dilalui lintasan partikel, dan
dimasukkan pada suku Sm persamaan (2.17).
LINTASAN
PARTIKEL
GRID
VOLUME
ATUR
Gambar 2.11 Diagram simulasi transfer massa, momentum, dan energi fasa diskrit
dengan fasa kontinu. Lintasan partikel digambarkan melewati satu
volume atur, grid, yang dibatasi dengan garis putus-putus.
2.6.3.2 Persamaan Kekekalan Momentum
Persamaan umum kekekalan momentum dalam arah i untuk fasa kontinu
diberikan dalam persamaan (2.18)
∂p ∂τ ij
∂
∂
+
( ρu i ) +
+ ρg i + Fi
ρu i u j = −
∂x i ∂x j
∂x j
∂t
(
)
(2.18)
Dengan p adalah tekanan statis, τij adalah tensor tegangan geser, ρgi dan Fi
adalah pengaruh gaya gravitasi dan gaya eksternal. Tensor tegangan geser dapat
dinyatakan dengan persamaan :
⎛ ∂u
∂u j
τ ij = µ⎜ i +
⎜ ∂x j
∂x i
⎝
⎞ 2 ⎛ ∂u k
⎟ − µ⎜
⎟ 3 ⎜ ∂x k
⎝
⎠
⎞
⎟⎟δ ij
⎠
(2.19)
2.6.3.3 Persamaan Kekekalan Energi
Persamaan umum kekekalan energi dapat dirumuskan sebagai berikut :
⎛
∂
∂
[u i (ρE + p )] = ∂ ⎜⎜ k eff ∂T −
( ρE ) +
∂t
∂x i
∂x i
∂x i
⎝
∑h J
j
j
j
⎞
+ u j ( τ ij )eff ⎟ + S h
⎟
⎠
2.20)
Dimana keff adalah konduktivitas panas efektif ( ≈ k+kf, dengan kf adalah
konduktivitas termal turbulen), Jj adalah fluks difusi spesies, tiga suku di ruas kiri
persamaan (2.20) mewakili perpindahan panas konduksi, difusi spesies, dan
disipasi viskos. Suku Sh adalah sumber energi yang dapat berasal dari reaksi,
radiasi, perpindahan panas antara fasa kontinu dengan fasa diskrit dan fluks
energi.
Pengaruh energi potensial dan kinetik diwakili oleh E pada ruas kiri suku
kedua. Suku kedua ruas kanan kanan, yaitu disipasi viskos, diabaikan karena
terlalu kecil pengaruhnya apabila dibandingkan dengan suku-suku yang lain,
sehingga persamaan (2.20) menjadi :
⎛
∂
∂
[u i (ρE + p )] = ∂ ⎜⎜ k eff ∂T −
( ρE ) +
∂t
∂x i
∂x i
∂x i
⎝
∑h J
j
j
j
⎞
⎟+S
h
⎟
⎠
(2.21)
2.6.4 Kondisi Batas
2.6.4.1 Dinding (Wall)
Kondisi batas dinding diterapkan ke semua permukaan fluida. Persamaan
persamaan yang berlaku adalah persamaan perpindahan panas konduksi, konveksi
dan radiasi. Perpindahan panas konduksi, konveksi dan radiasi secara berurutan
diberikan oleh persamaan :
qk =
k
⋅ A ⋅ (Tw − Ts )
∆x
(2.22)
q h = h ⋅ A ⋅ (Tw − Ts )
(2.23)
q r = ε ext ⋅ σ ⋅ (T∞4 − Tw4 )
(2.24)
Nilai masukan yang diperlukan oleh Fluent adalah konduktivitas termal
dinding, koefisien perpindahan panas konveksi, dan emisivitas dinding luar.
2.6.4.2 Pressure Outlet
Penggunaan pressure outlet berlaku untuk aliran kompresibel. Input yang
diperlukan adalah komposisi gas keluaran, energi kinetik turbulen, laju disipasi
turbulen dan temperatur keluar gas. Penggunaan kondisi batas ini mempermudah
simulasi karena kita tidak perlu menentukan besar tekanan udara pada sisi keluar.
2.6.4.3 Mass Flow Inlet
Kondisi batas ini dipergunakan untuk semua masukan gas. Fluent akan
menentukan besar kecepatan tiap nodal dengan membagi laju massa dengan
massa jenis dan luas penampang setiap cell. Input untuk kondisi batas ini adalah
komposisi massa gas masuk, temperatur masuk, energi kinetik turbulen, laju
disipasi turbulensi, dan temperatur radiasi batas.
Bab III
Rancangan dan Prosedur Percobaan
Seperti yang telah ditentukan dalam bab sebelumnya, penghematan
dilakukan dengan menggunakan selubung pengumpul aliran gas hasil pembakaran
di sekitar panci. Percobaan dilakukan dengan memanaskan air di dalam panci
tanpa menggunakan selubung dan dibandingkan hasilnya dengan pemanasan
menggunakan selubung.
3.1 Peralatan yang Digunakan
Gambar 3.1 Termometer dan stopwatch
Termometer yang digunakan dalam penelitian ini memiliki kecermatan
0,1OC. Teknis pemakaiannya adalah cukup dengan menempelkan sensor yang
terdapat di bagian ujung kabel ke tempat yang ingin diketahui temperaturnya.
Untuk kompor gas portable, percobaan dilakukan dengan menghitung waktu
1