Kajian Performansi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder Dengan Sistem Dua Bahan Bakar (Dual Fuel System)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Seiring berjalannya waktu semakin bertambah pula jumlah populasi
Manusia di Bumi, maka dengan demikian kebutuhan energi akan semakin
bertambah. Untuk memenuhi kebutuhan energi tersebut maka dibutuhkan juga
pengembangan Teknologi yang lebih efisien seiring semakin terbatasnya sumber
energi yang tersedia di Alam. Peningkatan jumlah penduduk dan tingginya
ketergantungan masyarakat semakin memperparah kondisi tersebut. Pertambahan
jumlah penduduk berdampak pada peningkatan kebutuhan sarana transportasi dan
aktivitas industri yang mengakibatkan terjadinyapeningkatan kebutuhan dan
konsumsi bahan bakar minyak.
Permasalahan umum yang dihadapi dunia pada dewasa ini adalah semakin
menipisnya cadangan bahan bakar minyak, disamping dampak negatif yang
ditimbulkan dari penggunaan bahan bakar minyak tersebut. Fenomena ini
mendorong manusia untuk berusaha mencari bahan bakar alternatif yang
diharapkan mampu mengatasi kedua permasalahan di atas secara serentak. Salah
satu jenis bahan bakar alternatif yang dimungkinkan untuk menggantikan bahan
bakar minyak, terutama yang digunakan baik untuk kendaraan bermotor maupun
untuk menghasilkan listrik adalah Bahan Bakar Gas (BBG) dalam hal ini adalah
biogas.
Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau
fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk diantaranya kotoran manusia dan
hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap
limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama
dalam biogas adalah metana dan karbon dioksida. Dimana gas metana dalam
biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara, dan
menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi karbon dioksida yang lebih
sedikit.
Universitas Sumatera Utara
Dalam penulisan tugas akhir ini akan dibahas tentang pengaplikasian 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 menjawab tantangan global akan krisis energi fosil, khususnya bahan
bakar diesel/solar.
2. Untuk mengetahui performansi
mesin diesel dengan sistem dua bahan
bakar (dual fuel) solar-biogas.
3. Untuk mengetahui emisi gas buang dari mesin diesel dengan 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 70 %.
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. Diasumsikan efisiensi generator 100%.
4. Mesin yang digunakan sebagai mesin utama adalah mesin diesel 4-langkah
dengan 1-silinder TIGER R175AN.
5. Tranmisi yang digunakan adalah sabuk dan puli ( belt and pulley) dengan
rasio 1:1. Diasumsikan efisiensi sabuk dan puli 100 %.
6. Unjuk kerja mesin yang dihitung adalah :
Torsi (Torsion)
Daya (Brake Power )
Rasio perbandingan udara bahan bakar (Air Fuel Ratio)
Universitas Sumatera Utara
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.
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. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan penggunaan mesin diesel
dengan sistem dua bahan bakar (dual fuel) solar-biogas..
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.
Universitas Sumatera Utara
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 Laboratorium tempat pengambilan
biogas Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS).
d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk oleh
Departemen Teknik Mesin 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, mesin diesel, dual fuel, performansi motor
bakar, 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.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Seiring berjalannya waktu semakin bertambah pula jumlah populasi
Manusia di Bumi, maka dengan demikian kebutuhan energi akan semakin
bertambah. Untuk memenuhi kebutuhan energi tersebut maka dibutuhkan juga
pengembangan Teknologi yang lebih efisien seiring semakin terbatasnya sumber
energi yang tersedia di Alam. Peningkatan jumlah penduduk dan tingginya
ketergantungan masyarakat semakin memperparah kondisi tersebut. Pertambahan
jumlah penduduk berdampak pada peningkatan kebutuhan sarana transportasi dan
aktivitas industri yang mengakibatkan terjadinyapeningkatan kebutuhan dan
konsumsi bahan bakar minyak.
Permasalahan umum yang dihadapi dunia pada dewasa ini adalah semakin
menipisnya cadangan bahan bakar minyak, disamping dampak negatif yang
ditimbulkan dari penggunaan bahan bakar minyak tersebut. Fenomena ini
mendorong manusia untuk berusaha mencari bahan bakar alternatif yang
diharapkan mampu mengatasi kedua permasalahan di atas secara serentak. Salah
satu jenis bahan bakar alternatif yang dimungkinkan untuk menggantikan bahan
bakar minyak, terutama yang digunakan baik untuk kendaraan bermotor maupun
untuk menghasilkan listrik adalah Bahan Bakar Gas (BBG) dalam hal ini adalah
biogas.
Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau
fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk diantaranya kotoran manusia dan
hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap
limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama
dalam biogas adalah metana dan karbon dioksida. Dimana gas metana dalam
biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara, dan
menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi karbon dioksida yang lebih
sedikit.
Universitas Sumatera Utara
Dalam penulisan tugas akhir ini akan dibahas tentang pengaplikasian 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 menjawab tantangan global akan krisis energi fosil, khususnya bahan
bakar diesel/solar.
2. Untuk mengetahui performansi
mesin diesel dengan sistem dua bahan
bakar (dual fuel) solar-biogas.
3. Untuk mengetahui emisi gas buang dari mesin diesel dengan 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 70 %.
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. Diasumsikan efisiensi generator 100%.
4. Mesin yang digunakan sebagai mesin utama adalah mesin diesel 4-langkah
dengan 1-silinder TIGER R175AN.
5. Tranmisi yang digunakan adalah sabuk dan puli ( belt and pulley) dengan
rasio 1:1. Diasumsikan efisiensi sabuk dan puli 100 %.
6. Unjuk kerja mesin yang dihitung adalah :
Torsi (Torsion)
Daya (Brake Power )
Rasio perbandingan udara bahan bakar (Air Fuel Ratio)
Universitas Sumatera Utara
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.
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. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan penggunaan mesin diesel
dengan sistem dua bahan bakar (dual fuel) solar-biogas..
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.
Universitas Sumatera Utara
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 Laboratorium tempat pengambilan
biogas Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS).
d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk oleh
Departemen Teknik Mesin 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, mesin diesel, dual fuel, performansi motor
bakar, 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.
Universitas Sumatera Utara