## ANALISA NUMERIK KEBOCORAN GAS KOMPOR PADA DAPUR RUMAH HUNIAN
Ragil Tri Indrawati a
a Program Studi Teknik Mesin Universitas Sains Al-Quran Wonosobo
a E-mail : ragil.indrawati@gmail.com
INFO ARTIKEL

## ABSTRAK
Riwayat Artikel : Diterima : 27 September 2016 Disetujui : 15 Oktober 2016 Kebocoran tabung gas LPG 3 kg dalam penggunaannya sebagai bahan bakar  rumah  tangga    tidak  dapat  dihindarkan  sejak  dicanangkannya Program Nasional Konversi Minyak Tanah ke Liquefied Petroleum Gas (LPG) pada tahun  2007. Kebocoran gas berdampak negatif mulai  dari berkurangnya  tingkat  kenyamanan  untuk  melakukan  aktifitas  didalam rumah  hingga  terjadinya  kebakaran.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk mengetahui  distribusi  dan  pola  aliran  persebaran  gas  propane  pada dapur  rumah  tinggal  ketika  terjadi  kebocoran  serta  waktu  aman  untuk penyalaan  kembali  kompor  setelah  terjadi  kebocoran  gas.  Penelitian dilakukan  dengan  menggunakan  simulasi  pemodelan  matematis Computational Fluid Dynamics (CFD) 2 Dimensi dengan menggunakan CFDSOF dan simulasi numerik Regresi Polynomial  & Eliminasi Gauss dengan  bantuan  program  Visual  Basic.  Parameter  yang  digunakan dalam  penelitian  ini  adalah  temperatur  ruang  30  °C,  kecepatan  udara 0.2  m/s  dan  kecepatan  kebocoran  gas  pada  outlet  sebesar  0.5  m/s, tabung gas 3 kg dengan tekanan rancang bangun minimum 18.6 kg/cm3. Hasil penelitian menunjukkan bahwa LPG menghambur di udara secara perlahan  dan cenderung bergerak kebawah kemudian  perlahan  menuju ke  atas  karena  berat  jenis  LPG  (1.882  kg/m3)  lebih  besar  dari  pada udara  (1.2  kg/m3).  Pada  120  s  –  340  s  merupakan  waktu  berbahaya untuk  menyalakan  kompor,  dimana  distribusi  propane  mulai  merambat hingga  daerah  sumber  api  dengan  yaitu  jumlah  fraksi  massa  propane sebesar  2.15  %  -  9.6  %.  Sedangkan  waktu  aman  untuk  menyalakan kembali  kompor  yaitu  pada  rentang  waktu  t  <  120  s  dan  t  >  340  s setelah terjadinya kebocoran gas LPG.
Kata Kunci : kebocoran gas, LPG, waktu penyalaan.

## ARTICLE INFO

## ABSTRACT
Article History : Received : September 27, 2016 Accepted : October 15, 2016 The leak of LPG 3 kg in its use as domestic fuel can not be avoided since the  introduction  of  the  National  Conversion  Program  Kerosene  to Liquefied  Petroleum  Gas  (LPG)  at  2007.  The  negative  impact  of  gas leakage started from reduced convenience levels to perform activities in the  house  until  the  fire.  The  aims  of  this  study    to  determine  the distribution  and flow pattern of distribution  propane gas in  the  kitchen and  safe  time  to  reignite  the  stove  after  the  gas  leak.  The  study  was conducted  using  mathematical  modeling  simulation  Computationaal Fluid Dynamics (CFD) 2D by using CFDSOF and numerical simulation regression polynomial and Gaussian elimination with the aid of a Visual Basic  program.  The  parameters  used  in  this  study  was  30  °C  ambient temperature,  air  velocity  0.2  m  /  s  and  the  speed  of  a  gas  leak  at  the outlet  of 0.5 m/s, 3 kg gas cylinder  with a minimum design  pressure of 18.6 kg / cm3. The results showed that LPG burst in the air move slowly toward the bottom and upwards because the density of LPG (1,882 kg / m3)  is  greater  than  air  (1.2  kg  /  m3).  At  120  s  -  340  s  is  a  dangerous time  to  light  the  stove,  where  the  distribution  of  propane  started creeping up area with a fire source, namely the number of mass fraction of propane at 2.15% - 9.6%. While a safe time to reignite the stove is in period t  <120 s and t > 340 s after the leakage of LPG gas.
Key words :
gas leak, LPG, ignition time

## 1. PENDAHULUAN
LPG ( Liquified
Petroleum Gasses ) merupakan  bahan  bakar  berupa  gas  yang dicairkan    dan  merupakan  produk  minyak bumi  yang  diperoleh  dari  proses  distilasi bertekanan tinggi. Gas LPG memiliki komposisi  60%  propane  dan  40%  butane. LPG  dinilai  sebagai  bahan  bakar  yang  ramah lingkungan  (Shankar et  al .,2011),  sehingga pada  tahun  2007  Pemerintah  Indonesia mencanangkan  Program  Nasional  Konversi Minyak  Tanah  ke  Liquefied  Petroleum  Gas (LPG). Penelitian mengenai konversi penggunaan LPG sebagai  bahan  bakar alternatif  telah  banyak  diteliti  salah  satunya oleh Meghare et al (2012). Sejak dicanangkannya program tersebut, penggunaan gas  LPG  sebagai  bahan  bakar  gas  untuk memenuhi  kebutuhan  utama  rumah  tangga terus meningkat.
Seiring  meningkatnya  penggunaan  LPG tersebut  tidak  dipungkiri  berdampak  pada banyaknya  kecelakaan.  Kecelakaan  yang dimaksud  ialah  meledaknya  tabung  LPG ketika  digunakan  yang  bermula  dari  adanya kebocoran  gas  pada  sistem  saluran  bahan bakar  yang  kemudian  mengakibatkan  adanya sambaran nyala api yang berpotensial mengakibatkan kebakaran dan bahkan ledakan apabila  terjadi  fenomena  sumbatan  uap  bahan bakar  baik  pada  saluran  maupun  tangki  bahan bakar gas LPG (Birk, 2013).
Selama 10 tahun terakhir telah terjadi lebih dari  800  kebakaran  setiap  tahun  dengan kerugian  mencapai  Rp  250  miliar/tahun, lebih dari  45%  kebakaran  terjadi  di  bangunan pemukiman  dan  lebih  dari  25%  kebakaran terja  di  bangunan  umum  dimana  salah  satu penyebab  utamanya  adalah  ledakan  LPG selain karena hubungan arus pendek (Kusumaputra, 2009). Dengan tingginya angka kebakaran  akibat  adanya  ledakan  LPG  yang bermula  dari  kebocoran  gas  menyebabkan keresahan  bagi  para  pengguna  LPG  untuk menentukan kapan waktu yang tepat menyalakan  kembali  kompor  setelah  terjadi kebocoran. Penelitian mengenai kebocoran gas LPG selama ini hanya terfokus mengenai cara mendeteksi  yaitu  dengan  menciptakan  system yang  dapat  memberikan  respon  kepada pengguna gas jika terjadi kebocoran. Gurusamy et  al (2016)  menggunakan GSM
Module untuk  mendeteksi  kebocoran  gas. Naresh et  al (2016)  menggunakan  sistem otomatis Ardunio untuk mendeteksi terjadinya kebocoran  gas,  jika  terjadi  kebocoran  maka pengguna  akan  menerima  pemberitahuan melalui sms. Hosain et al (2015) menggunakan  menggunakan  program  matlab dan  mengubah  teknik  analog  menjadi  digital, jika  terjadi  kebocoran  gas  dengan  level  gas yang  melebihi  ambang  batas,  maka  alarm system  akan  berbunyi  dan power  supply gas akan  mati  secara  otomatis  serta  konsumen pengguna  gas  akan  menerima  pemberitahuan melalui  sms.  Soundarya et  al (2014)  meneliti mengenai  cara  mendeteksi  kebocoran  gas dengan menggunakan C-leakage, ketika terjadi kebocoran  gas  maka  secara  otomatis  system akan  menutup  regulator  dan  mengirim  pesan pemberitahuan kepada pengguna LPG.
Hingga  saat  ini  penelitian  mengenai ledakan  gas  hanya  terfokus  pada  sistem aliran gas  dan  system  untuk  mendeteksinya  tanpa meneliti waktu aman untuk penyalaan kembali kompor setelah terjadi kebocoran gas.
Tujuan  penelitian  ini  untuk  mengetahui distribusi  dan  pola  aliran  persebaran  gas propane  pada  dapur  rumah  tinggal  ketika terjadi  kebocoran  serta  waktu  aman  untuk penyalaan  kembali  kompor  setelah  terjadi kebocoran gas.

## 2. LANDASAN TEORI
Data  kandungan  propane  diudara  apabila terjadi kebocoran gas yang dapat menyebabkan kebakaran (http : // www.propane101.com/aboutpropane.html) yaitu :
 2 % Propane : tidak terjadi kebakaran
 10 % Propane  : tidak terjadi kebakaran
 2.15 % - 9.6 % : menimbulkan kebakaran Persamaan  umum  yang  digunakan  sebagai pertolongan  untuk  menyelesaikan  penelitian ini adalah:

## 2.1 Regresi Polinomial
Digunakan  untuk  menentukan  fungsi polinomial  yang  paling  sesuai  dengan kumpulan  titik  data yang diketahui. Fungsi pendekatan (Rajaraman, 1996):

## 2.2 Eliminasi Gauss
Metode untuk mengoperasikan nilai-
nilai  didalam  matriks  sehingga  menjadi matriks yang lebih sederhana lagi. Caranya
Fungsi pendekatan (Rajaraman, 1996):
. .

## 2.3 Transport Reynolds
Untuk  membahas  mengenai  gerak fluida  dalam  ruang  dan  waktu  dapat menggunakan teorema Transport Reynolds. Teorema Transport Reynold merupakan  sebuah  metode  pendekatan untuk mempermudah pengamatan
suatu  titik,  elemen,  bagian  maupun efek  yang  terjadi  pada  fluida  dengan konsep sistem dan volume atur. Teorema Transport Reynold dirumuskan sebagai (Versteeg, 1995) :

## 2.4 Perhitungan Aliran Buoyancy dalam Ruang / Gedung
Aliran  dalam  ruang  /  gedung  termasuk kedalam  kategori  aliran  buoyancy.  Hal  ini karena  dipengaruhi  oleh  ventilasi  alami yang dihasilkan dari perbedaan temperatur di  dalam  ruang/gedung.  Pada  pemodelan aliran    buoyancy,  berlaku    persamaan momentum  dalam  arah  gravitasi,  dimana harus mencakup gaya  yang dihasilkan dari buoyancy.
Pada  aliran  dua  dimensi  dengan buoyancy dalam arah-y, persamaan momentum-y adalah sebagai berikut (Versteeg, 1995):

## 3. METODOLOGI PENELITIAN
Gambar 1 Geometri Model Dapur Tampak Samping
Gambar  1  merupakan  geometri  model dapur tampak samping yang akan disimulasikan  dengan  menggunakan  CFDSOF yang  bertujuan  untuk  mengetahui  distribusi dan pola aliran gas.
Selain  itu,  dari  simulasi  CFD  ini  akan dihasilkan  data  berupa  distribusi  nilai  fraksi Mmassa  propane  pada  setiap  waktunya.  Data ini yang nantinya akan dihitung  menggunakan numerik  Rregresi  Polynomial  &  Eliminasi Gauss  program Visual  Basic dengan  tujuan untuk mengetahui waktu yang tepat penyalaan kembali kompor setelah terjadi kebocoran gas.
Asumsi  dimensi  yang  digunakan  pada penelitian  ini  ialah  panjang  dapur  4000  mm, tinggi 3000 mm, tinggi meja kompor 600 mm, lebar outlet 200 mm dan lebar inlet 1000 mm. Disamping asumsi tersebut, pada penelitian ini menggunakan asumsi bahwa beban panas yang diberikan  merupakan  beban  panas  tertinggi yang  dialami  dalam  ruangan  tersebut  yaitu temperatur  ruang  30  °C  dan  temperatur dinding  tetap  dipertimbangkan.  Pemodelan dilakukan  dengan  mengasumsikan  bahwa pintu  bagian  atas  sebagai  inlet  dan  dalam kondisi  terbuka  dengan  kecepatan  0.2  m/s, kecepatan kebocoran gas LPG  sebesar 0.5 m/s dan  ventilasi  ruang  dengan  lebar  20  cm dibagian  atas  kompor  diasumsikan  sebagai outlet.
Pada  simulsi  ini  juga  diasumsikan  bahwa gas penyusun  LPG yang paling dominan yaitu propane.
Data awal adalah  sebagai berikut :  Kecepatan udara masuk : 0.2 m/s
 Kecepatan kebocoran gas : 0.5 m/s
 Densitas Propane
:1.882 kg/m 3  Densitas Udara : 1. 2 kg/m 3  Temperatur pada atap
: 308 K
 Temperatur ruang
: 303 K
 Temperatur dinding inlet : 304 K
 Temperatur pada dinding outlet : 306 K
 Temperatur lantai : 300 K
 Temperatur tabung gas : 298 K

## 4. HASIL DAN DISKUSI

## 4.1 Simulasi pemodelan matematis CFD
Gambar 2 Persebaran Fraksi Massa Propane Detik ke-1, 60, 120 dan 240
Gambar 3 Persebaran Fraksi Massa Propane Detik ke-360, 480, 600 dan 1830
Gambar  2    –    3  menunjukkan  persebaran fraksi massa propane pada detik ke-1, 60, 120, 240,  360,  480,  600  dan  1830.  Dari  gambar
tersebut  mempresentasikan  bahwa  gas  LPG menghambur  di  udara  secara  perlahan  dan cenderung bergerak kebawah kemudian perlahan  menuju  ke  atas  karena  berat  jenis LPG (1.882 kg/m 3 ) lebih besar dari pada udara (1.2 kg/m 3 ).
Dari gambar 2 – 3 dapat dilihat perubahan warna yang signifikan pada bagian bawah dari warna biru menjadi warna hijau seiring dengan bertambahnya  waktu.  Perubahan  warna  pada hasil simulasi ini
mengindikasikan konsentrasi  gas  propane  semakin  lama semakin  besar.  Konsentrasi  gas  propane terhadap  waktu  terlihat  pada  grafik  1. Konsentrasi gas propane berpengaruh terhadap laju  perputaran  gas  LPG  di  udara.  Semakin besar  konsentrasi  gas  propane  maka  laju perputaran  gas  LPG  di  udara  akan  semakin lamban.
Grafik 1 Distribusi Nilai Fraksi Massa Propane terhadap Waktu Perlu diketahui, gas LPG bersifat
flammable (mudah  terbakar).  Dalam  batas flammabality ,  LPG  adalah  sumber  api  yang terbuka. Sehingga percikan api sekecil apapun dapat  segera  menyambar  gas  LPG  yang mengakibatkan  kebakaran.    Sehingga  perlu diperhitungkan  waktu  yang  tepat  untuk  dapat menyalakan  kompor  kembali  setelah  terjadi kebocoran gas tanpa mengakibatkan terjadinya kebakaran
Pada detik ke-60 gas telah merambat hingga sampai  dinding  inlet.  Sedangkan  mulai  detik ke  180  perambatan  sudah  mencapai  meja kompor  tempat  dimana  api  menyala.  Hal  ini menunjukkan  bahwa  tekanan  gas  LPG  cukup besar,  sehingga  bila  terjadi  kebocoran  LPG akan    membentuk  gas  secara  cepat,  memuai
dan memadati ruang.

## 4.2 Simulasi numerik Visual Basic
Regresi Polynomial Visual basic digunakan untuk  menghitung  hasil  simulasi  CFDSOF yaitu  untuk  menentukan  persamaan  yang terbentuk  dari  beberapa  titik  fraksi  massa propane  terhadap  waktu  (s).  Selain  Regresi Polynomial,  digunakan  pula  Eliminasi  Gauss untuk menentukan masing-masing nilai koefisien.
Setelah mendapatkan fungsi
persamaan  maka  dapat  digunakan  untuk mengetahui batas waktu aman untuk menyalakan  kompor  kembali  setelah  terjadi kebocoran agar tidak
terjadi ledakan/kebakaran.
Pada  simulasi  numerik  ini  dilakukan pembatasan  nilai  fraksi  massa  propane terhadap waktu (Grafik 1).
Algoritma pemrograman :
1. Baca n
2. jumlah x = 0
3. jumlah kuadrat x = 0
4. jumlah y = 0
5. jumlah xy = 0
6. untuk i = 1 sampai n lakukan
7. baca x, y
8. jumlah x = jumlah x + x
9. jumlah kuadrat x = jumlah kuadrat x + x^2
10. jumlah  x pangkat 3 = jumlah x pangkat 3 + x^3
11. jumlah  x pangkat 4 = jumlah x pangkat 4 + x^4
12. jumlah xy = jumlah (x * y)+x*y
13. jumlah  x^2y  =  jumlah  kuadrat  x*
y+x^2*y
14. lanjut
15. selesaikan dengan eliminasi gauss
16. Eliminasi pertama
1. Untuk  i=2  dan  j  =1  ke  4.  Baca a ij
2. Untuk i=2 ke 5 lakukan
3. u = a ij /a 11
4. Untuk j=1 ke 6 lakukan
5. a ij = a ij –ua 1j 6. Berhenti Eliminasi kedua
1. i=1
2. u = ai2/a22
3. untuk j= 2  ke 6 pada langkah 1
lakukan
4. aij=aij-ua2j Berhenti Eliminasi ketiga 1. i=5
2. u = ai3/a33 3. untuk j= 3  ke 6 pada langkah 1 lakukan
4. aij=aij-ua3j
berhenti  Substitusi  balik  (Metode
Eliminasi Gauss Jordan)
1. Rn=an(n+1)/ann
<<==R=a34/a33
2. untuk  i  =(n-1)  ke  1  pada langkah 1 lakukan
3. Sum = 0
4. untuk  j=  (i+1)  ke  n  pada langkah 1 lakukan
5. Sum=Sum+aijxj selesai
6. xi=(ai(n+1)-sum)/aii
17. selesai
Fungsi  persamaan  fraksi  massa  propane terhadap waktu (s) yang terbentuk ialah :
Y = -0.000000067 x 2 + 0.00033 x – 0.0136
Tabel 1 Hasil Perhitungan Persentase Fraksi Massa Propane Terhadap Waktu
Hasil perhitungan waktu (Tabel 1)
menunjukkan  bahwa  waktu  yang  berbahaya untuk  menyalakan  kompor  terjadi  pada rentang  waktu    120  s  –  340  s.  Hal  ini  karena jumlah fraksi massa propane yang terjadi ialah 2.15  %  -  9.6  %  yang  dapat  menyebabkan kebakaran.  Sedangkan,  kondisi  aman  dicapai
pada  rentang  waktu  t  <  120  s  dan  t  >  340  s. Kondisi tersebut dapat dijadikan acuan apabila terjadi  kebocoran  gas  pada  dapur  rumah tinggal.

## 5. KESIMPULAN
Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  LPG menghambur  di  udara  secara  perlahan  dan cenderung bergerak kebawah kemudian perlahan  menuju  ke  atas  karena  berat  jenis LPG (1.882 kg/m 3 ) lebih besar dari pada udara (1.2 kg/m 3 ).
Pada  rentang  waktu  120  s  –  340  s merupakan  waktu  yang  berbahaya  untuk menyalakan  kembali  kompor  setelah  terjadi kebocoran  gas,  dimana  distribusi  propane mulai  merambat  hingga  daerah  sumber  api dengan  yaitu  jumlah  fraksi  massa  propane sebesar  2.15  %  -  9.6  %.  Sedangkan  waktu aman untuk menyalakan kembali kompor yaitu pada rentang waktu t < 120 s dan t > 340s.

## Keterangan Simbol
t : Waktu CV : Volume control CS : Permukaan control ρ : Densitas fluida  : Viskositas dinamik v : Kecepatan udara A : Luas permukaan fluida V : Volume fluida -g (ρ – ρo)  : Gaya apung/buoyancy, dimana  ρo  adalah  densitas acuan

## 6. DAFTAR PUSTAKA
Birk,  A.M..  2013.  The  BLEVE: An  Update and Reexamination of Response
Strategies , www.springerlink.com .
Gurusamy  P.,  Ejaz  Ahmed.F.,  Kumar  Gaurav dan S.Mahavignesh. 2016. LPG Detection Using GSM Module . International Journal of  Advanced  Research  in  Electrical, Electronics and Instrumentation
Engineering ISSN  : 2278  – 8875, Volume 5, Special Issue 1, March 2016. Hossain B, Saruar J. Shourov, Md M Rana and
Md  S.  Anower.  2015. Matlab  Guidance
Based  Smart  Gas  Leakage  Detection  and Security  System  Using  Analog  to  Digital Technique .  International  Journal  of  Smart Home, Vol. 9, No. 4 (2015), pp. 13-24. http://www.propane101.com/aboutpropane.ht m l. (Diunduh  pada  hari  Rabu  tanggal  20 Juli 2016 pukul 11.54).
Kusumaputra,  R  Adhi  .2009,  Oktober  6).
Listrik  dan  Kompor,  Penyebab  kebakaran Utama  Rumah  Tangga .  Desember  29, 2011.
http://properti.kompas.com/read/2009/10/
06/18401431. Meghare,  s.D.,  N.R  Kannake  and  S.S Sontakke. 2012. Experimental
Investigation  on  LPG  as  Alternative  Fuel for Two Wheelers . International Journal of Engineering  and  Innovative  Technology (IJEIT), Volume 2, Issue 1, July 2012.
Naresh  Naik,  P.Silva  Nagendra  Renddy, S.Nanda  Kishore  and  K.Tharun  Kumar. 2016. Arduino Based LPG gas Monitoring &  Automatic  Cylinder  booking  with Alert
System .  IOSR  Journal  of  Electronics  and
Communication Engineering (IOSR-
JECE).  e-ISSN:  2278-2834,p-  ISSN: 2278-8735.Volume  11,  Issue  4,  Ver.  I (Jul.-Aug .2016), PP 06-12.
Rajaraman,  V.  1996. Computer  Oriented Numerical  Methods  3rd  Edition .  Prentice Hall of India Private Limited. New Delhi- 110001.
Shankar  K.  S.  And  Mohanan  P.  2011. MPFI Gasoline Engine Combustion, Performance And Emission Characteristics  With  LPG  Injection . International  Journal  Of  Energy  And Environment. 2(4): 761-770.
Soundarya  T.,  J  V  Anchitaalagammai,  Deepa Priya  and  Karthick  Kumar.  2014. C- Leakage:  Cylinder  LPG  Gas  Leakage Detection  for  Home  Safety .  IOSR  Journal
of Electronics and Communication Engineering. e-ISSN: 2278-2834,p- ISSN: 2278-8735.Volume  9,  Issue  1,  Ver.  VI (Feb. 2014), PP 53-58.
Versteeg,  H.K  &  W.  Malalaskera.  1995. An Introduction  to  Computational  Fluid Dynamics. Longman Group Ltd.