Kajian Performansi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder Menggunakan Blower yang Dimodifikasi Menjadi Supercharger Dengan Sistem Dua Bahan Bakar (Solar dan Biogas)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Kelangkaan bahan bakar minyak yang terjadi belakangan ini telah
memberikan dampak yang sangat luas di berbagai sektor kehidupan. Fluktuasi
suplai dan harga minyak bumi seharusnya membuat kita sadar bahwa jumlah
cadangan minyak yang ada di bumi semakin menipis. Karena minyak bumi adalah
bahan bakar yang tidak bisa diperbarui maka kita harus mulai memikirkan bahan
penggantinya.
Indonesia merupakan negara dengan konsumsi energi yang cukup tinggi di
dunia. Berdasarkan data Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan
Konservasi Energi Kementerian ESDM, dalam beberapa tahun terakhir
pertumbuhan konsumsi energi Indonesia mencapai 7% per tahun. Angka tersebut
berada di atas pertumbuhan konsumsi energi dunia yaitu 2,6% per tahun.
Konsumsi energi Indonesia tersebut terbagi untuk sektor industri (50%),
transportasi (34%), rumah tangga (12%) dan komersial (4%). (ESDM, 2012).
Konsumsi energi Indonesia yang cukup tinggi tersebut hampir 95%
dipenuhi dari bahan bakar fosil. Dari total tersebut, hampir 50%-nya merupakan
Bahan Bakar Minyak (BBM). Konsumsi BBM yang cukup tinggi ini menjadi
masalah bagi Indonesia. (Direktorat Jenderal Migas, 2012).
Dalam situasi seperti ini, mengurangi ketergantungan terhadap penggunaan
BBM (Bahan Bakar Minyak) adalah sesuatu yang wajib untuk dilakukan. Salah
satu cara untuk mengurangi ketergantungan tersebut adalah dengan meneliti dan
mengembangkan energi alternatif yang ramah lingkungan, murah dan mudah
didapat, serta dapat diperbaharui. Salah satunya adalah biogas yang secara teknis,
sosial dan ekonomis sangat memungkinkan untuk digunakan sebagai energi
alternatif pengganti BBM. Biogas merupakan gas yang dihasilkan dan dapat
diproduksi dari bahan organik seperti biomassa, limbah pertanian dan juga
kotoran hewan melalui proses fermentasi anaerobik. Gas yang dihasilkan dari
proses fermentasi tersebut mengandung nilai kalor yang tinggi sehingga dapat
digunakan untuk memasak dan penerangan bagi rumah tangga dipedesaan. Sisa
1
Universitas Sumatera Utara
dari fermentasi ini juga dapat digunakan sebagai pupuk yang sangat bermanfaat
bagi tanaman. Disamping itu juga pengelolaannya dapat meningkatkan kebersihan
lingkungan, karena limbah pertanian dan kotoran hewan yang selama ini dibuang
pada tempat terbuka.
Kandungan biogas didominasi oleh gas metana (CH4) yang merupakan hasil
sampingan proses dekomposisi mikroba pada suatu biomassa. Secara prinsip,
pembuatan biogas sangat sederhana. Dengan memasukkan subtract diantaranya
berupa kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah
biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable ke dalam unit
pencerna (digester), ditutup rapat dan selama beberapa waktu biogas akan
terbentuk yang selanjutnya dapat digunakan sebagai sumber energi. (brian
herringsaw,2009)
Selain dari segi bahan bakar, peningkatan efisiensi untuk motor bakar juga
dilakukan modifikasi baik dalam hal pemasukan bahan bakar (PGMFI, EFI, GDI
dsb), penyempurnaan pembakaran (Twin spark plug, ignition timing ), timing
katup (vvti, vtec, dsb), pemampatan paksa udara masuk ke ruang bakar
(Supercharger
dan
turbocharger )
dan masih banyak pengembangan
-
pengembangan lainnya.
Dalam penulisan tugas akhir ini akan dibahas tentang pengaruh blower
elektrik yang di modifikasi sebagai supercharger terhadap performansi mesin dua
bahan bakar (dual fuel) pada mesin diesel yang ditujukan untuk menghemat bahan
bakar solar dan meningkatkan efisiensi dari mesin diesel itu sendiri. Sebagaimana
kita tahu bahwa pada mesin – mesin diesel konvensional pemakaian bahan bakar
solar dan efisiensinya masih kurang maksimal.
1.2
Tujuan Pengujian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Untuk mengetahui performansi mesin diesel dengan sistem dua bahan bakar
(dual fuel) solar-biogas menggunakan blower elektrik.
2. Untuk mengetahui nilai ekonomis dari penggunaan bahan bakar biogas
terhadap solar.
2
Universitas Sumatera Utara
3. Untuk mengetahui emisi gas buang dari mesin diesel dengan menggunakan
sistem dua bahan bakar (dual fuel) solar-biogas yang mencakup komposisi
opacity, kandungan CO dan HC.
1.3
Batasan Masalah
1. Bahan bakar yang digunakan dalam pengujian yaitu solar dan biogas dengan
kandungan methana 63,44 %.
2. Laju aliran biogas yang digunakan dalam penelitian ini adalah 2, 4, 6 l/min.
3. Alat uji yang digunakan untuk mengetahui angka torsi yang dihasilkan yaitu
Generator POWER FULL dengan kapasitas 3 kW dengan pembebanan
lampu pijar.
4. Mesin yang digunakan sebagai mesin utama adalah mesin diesel 4-langkah
dengan 1-silinder TIGER R175AN.
5. Transmisi yang digunakan adalah sabuk dan puli (belt and pulley) dengan
rasio 1:1.
6. Unjuk kerja mesin yang dihitung adalah :
Torsi (Torsion)
Daya (Brake Power )
Rasio perbandingan udara bahan bakar (Air Fuel Ratio)
Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption)
Efisiensi Thermal Brake (Brake Thermal Efficiency)
Tekanan efektif rata-rata (bmep)
Emisi Gas Buang
7. Alat uji yang digunakan untuk mengetahui komposisi emisi gas buang dari
mesin adalah Smoke Meter (Opacity) Model HD – 410 dan Gas Analyzer
Model HG – 510.
8. Emisi gas buang yang diamati adalah meliputi Opacity (kekabutan), HC
(Hydro Carbon), dan CO (Carbon Monoksida ).
9. Perhitungan nilai ekonomis bahan bakar dengan sistem dua bahan bakar
dibandingkan dengan nilai ekonomis bahan bakar solar.
10. Supercharger yang di gunakan merupakan modifikasi dari blower elektrik.
11. Data perbandingan solar tanpa supercharger dilampirkan pada lampiran.
3
Universitas Sumatera Utara
1.4
Manfaat Pengujian
1. Untuk menjawab tantangan global saat ini yaitu penghematan penggunaan
bahan bakar fosil, khususnya minyak bumi yaitu solar.
2. Untuk memaksimalkan penggunaan gas khusunya biogas yang akan
digunakan menjadi bahan bakar yang ekonomis dan ramah lingkungan.
3. Sebagai pertimbangan terhadap pemerintah untuk menghemat devisa
Negara terhadap anggaran subsidi bahan bakar solar.
4. Untuk memberikan dukungan terhadap pemerintah dalam mengurangi
ketergantungan bahan bakar fosil khususnya solar.
5. Sebagai pertimbangan terhadap produsen motor bakar terutama mesin diesel
untuk peningkatan produknya.
6. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan penggunaan mesin diesel
dengan sistem dua bahan bakar (dual fuel) solar-biogas.
7. Sebagai solusi meningkatkan prestasi dengan cara memodifikasi mesin
misalnya dengan cara menambahkan supercharger .
1.5
Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah
sebagai berikut :
a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan tulisantulisan yang terkait.
b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan buku
elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil pengujian
yang dilakukan di Laboratorium Motor Bakar Fakultas Teknik. Selain itu
pengambilan data juga dilakukan dari tempat pengambilan biogas PT.
Multimas Nabati Asahan.
d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk oleh
Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
4
Universitas Sumatera Utara
1.6
Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah
sebagai berikut :
Bab I : Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, batasan masalah, manfaat, metode
penulisan, dan sistematika penulisan.
Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai bahan
bakar hidrokarbon, biogas, dual fuel, mesin diesel, performansi motor bakar,
nilai ekonomis, supercharger , nilai kalor , karakteristik mesin diesel,
generator set yang digunakan, dan emisi gas buang.
Bab III : Metodologi Penelitian
Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan pengujian,
bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan prosedur pengujian.
Bab IV : Hasil dan Analisa Pengujian
Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian
melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan memaparkan
kedalam bentuk tabel dan grafik.
Bab V : Kesimpulan dan Saran
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.
Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun laporan.
Lampiran
Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari pengujian dalam
bentuk tabel dan gambar.
5
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Kelangkaan bahan bakar minyak yang terjadi belakangan ini telah
memberikan dampak yang sangat luas di berbagai sektor kehidupan. Fluktuasi
suplai dan harga minyak bumi seharusnya membuat kita sadar bahwa jumlah
cadangan minyak yang ada di bumi semakin menipis. Karena minyak bumi adalah
bahan bakar yang tidak bisa diperbarui maka kita harus mulai memikirkan bahan
penggantinya.
Indonesia merupakan negara dengan konsumsi energi yang cukup tinggi di
dunia. Berdasarkan data Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan
Konservasi Energi Kementerian ESDM, dalam beberapa tahun terakhir
pertumbuhan konsumsi energi Indonesia mencapai 7% per tahun. Angka tersebut
berada di atas pertumbuhan konsumsi energi dunia yaitu 2,6% per tahun.
Konsumsi energi Indonesia tersebut terbagi untuk sektor industri (50%),
transportasi (34%), rumah tangga (12%) dan komersial (4%). (ESDM, 2012).
Konsumsi energi Indonesia yang cukup tinggi tersebut hampir 95%
dipenuhi dari bahan bakar fosil. Dari total tersebut, hampir 50%-nya merupakan
Bahan Bakar Minyak (BBM). Konsumsi BBM yang cukup tinggi ini menjadi
masalah bagi Indonesia. (Direktorat Jenderal Migas, 2012).
Dalam situasi seperti ini, mengurangi ketergantungan terhadap penggunaan
BBM (Bahan Bakar Minyak) adalah sesuatu yang wajib untuk dilakukan. Salah
satu cara untuk mengurangi ketergantungan tersebut adalah dengan meneliti dan
mengembangkan energi alternatif yang ramah lingkungan, murah dan mudah
didapat, serta dapat diperbaharui. Salah satunya adalah biogas yang secara teknis,
sosial dan ekonomis sangat memungkinkan untuk digunakan sebagai energi
alternatif pengganti BBM. Biogas merupakan gas yang dihasilkan dan dapat
diproduksi dari bahan organik seperti biomassa, limbah pertanian dan juga
kotoran hewan melalui proses fermentasi anaerobik. Gas yang dihasilkan dari
proses fermentasi tersebut mengandung nilai kalor yang tinggi sehingga dapat
digunakan untuk memasak dan penerangan bagi rumah tangga dipedesaan. Sisa
1
Universitas Sumatera Utara
dari fermentasi ini juga dapat digunakan sebagai pupuk yang sangat bermanfaat
bagi tanaman. Disamping itu juga pengelolaannya dapat meningkatkan kebersihan
lingkungan, karena limbah pertanian dan kotoran hewan yang selama ini dibuang
pada tempat terbuka.
Kandungan biogas didominasi oleh gas metana (CH4) yang merupakan hasil
sampingan proses dekomposisi mikroba pada suatu biomassa. Secara prinsip,
pembuatan biogas sangat sederhana. Dengan memasukkan subtract diantaranya
berupa kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah
biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable ke dalam unit
pencerna (digester), ditutup rapat dan selama beberapa waktu biogas akan
terbentuk yang selanjutnya dapat digunakan sebagai sumber energi. (brian
herringsaw,2009)
Selain dari segi bahan bakar, peningkatan efisiensi untuk motor bakar juga
dilakukan modifikasi baik dalam hal pemasukan bahan bakar (PGMFI, EFI, GDI
dsb), penyempurnaan pembakaran (Twin spark plug, ignition timing ), timing
katup (vvti, vtec, dsb), pemampatan paksa udara masuk ke ruang bakar
(Supercharger
dan
turbocharger )
dan masih banyak pengembangan
-
pengembangan lainnya.
Dalam penulisan tugas akhir ini akan dibahas tentang pengaruh blower
elektrik yang di modifikasi sebagai supercharger terhadap performansi mesin dua
bahan bakar (dual fuel) pada mesin diesel yang ditujukan untuk menghemat bahan
bakar solar dan meningkatkan efisiensi dari mesin diesel itu sendiri. Sebagaimana
kita tahu bahwa pada mesin – mesin diesel konvensional pemakaian bahan bakar
solar dan efisiensinya masih kurang maksimal.
1.2
Tujuan Pengujian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Untuk mengetahui performansi mesin diesel dengan sistem dua bahan bakar
(dual fuel) solar-biogas menggunakan blower elektrik.
2. Untuk mengetahui nilai ekonomis dari penggunaan bahan bakar biogas
terhadap solar.
2
Universitas Sumatera Utara
3. Untuk mengetahui emisi gas buang dari mesin diesel dengan menggunakan
sistem dua bahan bakar (dual fuel) solar-biogas yang mencakup komposisi
opacity, kandungan CO dan HC.
1.3
Batasan Masalah
1. Bahan bakar yang digunakan dalam pengujian yaitu solar dan biogas dengan
kandungan methana 63,44 %.
2. Laju aliran biogas yang digunakan dalam penelitian ini adalah 2, 4, 6 l/min.
3. Alat uji yang digunakan untuk mengetahui angka torsi yang dihasilkan yaitu
Generator POWER FULL dengan kapasitas 3 kW dengan pembebanan
lampu pijar.
4. Mesin yang digunakan sebagai mesin utama adalah mesin diesel 4-langkah
dengan 1-silinder TIGER R175AN.
5. Transmisi yang digunakan adalah sabuk dan puli (belt and pulley) dengan
rasio 1:1.
6. Unjuk kerja mesin yang dihitung adalah :
Torsi (Torsion)
Daya (Brake Power )
Rasio perbandingan udara bahan bakar (Air Fuel Ratio)
Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption)
Efisiensi Thermal Brake (Brake Thermal Efficiency)
Tekanan efektif rata-rata (bmep)
Emisi Gas Buang
7. Alat uji yang digunakan untuk mengetahui komposisi emisi gas buang dari
mesin adalah Smoke Meter (Opacity) Model HD – 410 dan Gas Analyzer
Model HG – 510.
8. Emisi gas buang yang diamati adalah meliputi Opacity (kekabutan), HC
(Hydro Carbon), dan CO (Carbon Monoksida ).
9. Perhitungan nilai ekonomis bahan bakar dengan sistem dua bahan bakar
dibandingkan dengan nilai ekonomis bahan bakar solar.
10. Supercharger yang di gunakan merupakan modifikasi dari blower elektrik.
11. Data perbandingan solar tanpa supercharger dilampirkan pada lampiran.
3
Universitas Sumatera Utara
1.4
Manfaat Pengujian
1. Untuk menjawab tantangan global saat ini yaitu penghematan penggunaan
bahan bakar fosil, khususnya minyak bumi yaitu solar.
2. Untuk memaksimalkan penggunaan gas khusunya biogas yang akan
digunakan menjadi bahan bakar yang ekonomis dan ramah lingkungan.
3. Sebagai pertimbangan terhadap pemerintah untuk menghemat devisa
Negara terhadap anggaran subsidi bahan bakar solar.
4. Untuk memberikan dukungan terhadap pemerintah dalam mengurangi
ketergantungan bahan bakar fosil khususnya solar.
5. Sebagai pertimbangan terhadap produsen motor bakar terutama mesin diesel
untuk peningkatan produknya.
6. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan penggunaan mesin diesel
dengan sistem dua bahan bakar (dual fuel) solar-biogas.
7. Sebagai solusi meningkatkan prestasi dengan cara memodifikasi mesin
misalnya dengan cara menambahkan supercharger .
1.5
Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah
sebagai berikut :
a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan tulisantulisan yang terkait.
b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan buku
elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil pengujian
yang dilakukan di Laboratorium Motor Bakar Fakultas Teknik. Selain itu
pengambilan data juga dilakukan dari tempat pengambilan biogas PT.
Multimas Nabati Asahan.
d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk oleh
Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
4
Universitas Sumatera Utara
1.6
Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah
sebagai berikut :
Bab I : Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, batasan masalah, manfaat, metode
penulisan, dan sistematika penulisan.
Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai bahan
bakar hidrokarbon, biogas, dual fuel, mesin diesel, performansi motor bakar,
nilai ekonomis, supercharger , nilai kalor , karakteristik mesin diesel,
generator set yang digunakan, dan emisi gas buang.
Bab III : Metodologi Penelitian
Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan pengujian,
bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan prosedur pengujian.
Bab IV : Hasil dan Analisa Pengujian
Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian
melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan memaparkan
kedalam bentuk tabel dan grafik.
Bab V : Kesimpulan dan Saran
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.
Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun laporan.
Lampiran
Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari pengujian dalam
bentuk tabel dan gambar.
5
Universitas Sumatera Utara