Kajian Performansi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder Menggunakan Katalitik Konverter Dengan Sistem Dual Fuel
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.
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 Metana
dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara, dan
menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi karbondioksida yang lebih
sedikit. Berkenaan dengan hal tersebut, sebagai upaya pencarian dan
pengembangan bahan alternatif
dan berpotensi untuk menjadi bahan baku
pengganti solar. Diharapkan akan menjadi salah satu energi terbarukan yang dapat
dihasilkan dengan teknologi tepat guna yang relatif lebih sederhana dan sesuai
dengan potensi wilayah di Indonesia berupa biogas.
Dalam penulisan tugas akhir ini akan dibahas tentang pengaplikasian mesin
dua bahan bakar (dual fuel) yaitu solar dan biogas 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.
Seiring meningkatnya jumlah kendaraan baik itu roda empat dan roda dua
yang berimbas pada polusi udara yang sangat buruk di daerah perkotaan menuntut
pabrikan harus berinovasi, salah satunya adalah Catalytic Converter yang sudah
terdapat pada mobil dan motor saat ini. Alat tersebut berfungsi untuk mengurangi
intensitas pencemaran udara gas buang dikarenakan proses kendaraan bermotor.
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 memperoleh unjuk kerja mesin diesel dengan sistem dua bahan bakar
(dual fuel) solar-biogas.
3.
Untuk memperoleh komposisi opacity, HC, dan CO dari mesin diesel satu
silinder dengan menggunakan bahan bakar solar + biogas.
4.
Melihat Pengaruh Catalytic Converter dalam pengurangan emisi dan
pengaruhnya terhadap performansi mesin.
1.3
Batasan Masalah
1.
Bahan bakar yang digunakan dalam pengujian yaitu solar dan biogas
purifikasi dengan kandungan methan 70%.
2.
Laju aliran biogas yang digunakan dalam penelitian ini adalah 2, 4, 6 l/min
3.
Mesin yang digunakan sebagai mesin utama pembakaran gas adalah mesin
diesel 4-langkah dengan 1-silinder TIGER R175AN.
4.
Generator yang digunakan sebagai penghitung daya adalah Generator
POWER FULL berkapasitas
3 kW dengan pembebanan lampu pijar.
Diasumsikan efisiensi generator 100%.
Tranmisi yang digunakan adalah sabuk dan puli ( belt and pulley) dengan
5.
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 (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.
Gas buang mesin diesel yang diamati adalah Opacity, 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
2.
Untuk memaksimalkan penggunaan gas yang akan digunakan menjadi
bahan
3.
bakar fosil, khususnya solar.
bakar yang ekonomis dan ramah lingkungan.
Untuk memberikan dukungan terhadap pemerintah dalam mengurangi
ketergantungan bahan bakar fosil khususnya solar.
4.
Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan penggunaan mesin diesel
dengan sistem dua bahan bakar (dual fuel) solar-biogas.
5.
Untuk melihat pengaruh penggunaan Catalytic Converter pada mesin diesel
dan signifikannya terhadap pengurangan emisi gas buang dari mesin diesel.
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 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, manfaat, dan ruang lingkup
pengujian.
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, dan generator set yang
digunakan.
•
Bab III : Metodologi Penelitian
Bab ini memberikan informSasi 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
memarpakan 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.
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.
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 Metana
dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara, dan
menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi karbondioksida yang lebih
sedikit. Berkenaan dengan hal tersebut, sebagai upaya pencarian dan
pengembangan bahan alternatif
dan berpotensi untuk menjadi bahan baku
pengganti solar. Diharapkan akan menjadi salah satu energi terbarukan yang dapat
dihasilkan dengan teknologi tepat guna yang relatif lebih sederhana dan sesuai
dengan potensi wilayah di Indonesia berupa biogas.
Dalam penulisan tugas akhir ini akan dibahas tentang pengaplikasian mesin
dua bahan bakar (dual fuel) yaitu solar dan biogas 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.
Seiring meningkatnya jumlah kendaraan baik itu roda empat dan roda dua
yang berimbas pada polusi udara yang sangat buruk di daerah perkotaan menuntut
pabrikan harus berinovasi, salah satunya adalah Catalytic Converter yang sudah
terdapat pada mobil dan motor saat ini. Alat tersebut berfungsi untuk mengurangi
intensitas pencemaran udara gas buang dikarenakan proses kendaraan bermotor.
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 memperoleh unjuk kerja mesin diesel dengan sistem dua bahan bakar
(dual fuel) solar-biogas.
3.
Untuk memperoleh komposisi opacity, HC, dan CO dari mesin diesel satu
silinder dengan menggunakan bahan bakar solar + biogas.
4.
Melihat Pengaruh Catalytic Converter dalam pengurangan emisi dan
pengaruhnya terhadap performansi mesin.
1.3
Batasan Masalah
1.
Bahan bakar yang digunakan dalam pengujian yaitu solar dan biogas
purifikasi dengan kandungan methan 70%.
2.
Laju aliran biogas yang digunakan dalam penelitian ini adalah 2, 4, 6 l/min
3.
Mesin yang digunakan sebagai mesin utama pembakaran gas adalah mesin
diesel 4-langkah dengan 1-silinder TIGER R175AN.
4.
Generator yang digunakan sebagai penghitung daya adalah Generator
POWER FULL berkapasitas
3 kW dengan pembebanan lampu pijar.
Diasumsikan efisiensi generator 100%.
Tranmisi yang digunakan adalah sabuk dan puli ( belt and pulley) dengan
5.
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 (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.
Gas buang mesin diesel yang diamati adalah Opacity, 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
2.
Untuk memaksimalkan penggunaan gas yang akan digunakan menjadi
bahan
3.
bakar fosil, khususnya solar.
bakar yang ekonomis dan ramah lingkungan.
Untuk memberikan dukungan terhadap pemerintah dalam mengurangi
ketergantungan bahan bakar fosil khususnya solar.
4.
Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan penggunaan mesin diesel
dengan sistem dua bahan bakar (dual fuel) solar-biogas.
5.
Untuk melihat pengaruh penggunaan Catalytic Converter pada mesin diesel
dan signifikannya terhadap pengurangan emisi gas buang dari mesin diesel.
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 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, manfaat, dan ruang lingkup
pengujian.
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, dan generator set yang
digunakan.
•
Bab III : Metodologi Penelitian
Bab ini memberikan informSasi 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
memarpakan 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.